密封罐和用于控制通过密封罐的固体流动速率的方法
【专利说明】密封罐和用于控制通过密封罐的固体流动速率的方法
[0001 ] 本申请是申请日为2010年3月30日、申请号为201080015674.9、发明名称为“密封罐和用于控制通过密封罐的固体流动速率的方法”的中国发明专利申请的分案申请。
[0002]关于联邦政府资助研发的声明
美国政府依照美国能源部所授予的第DE-FC26-03NT41866号合同而享有本发明的权利。
[0003]相关申请案的交叉参考
本申请案根据35U.S.C.§ 119主张2009年3月31日申请的第61/165,072号共同待决的美国临时专利申请案的优先权以及从中产生的所有权益，所述临时专利申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0004]本发明大体上涉及密封罐和用于控制通过密封罐的流动速率的方法。更明确地说，本发明涉及包括多孔出口设计的密封罐和用于控制固体通过所述密封罐的流动速率的方法。
【背景技术】
[0005]流化床燃烧(Fluidizedbed combust1n, FBC)是发电装置中所使用的燃烧技术，其主要用以燃烧固体燃料。FBC发电装置比常规的发电装置更灵活，因为其可将煤炭、煤炭废料或生物燃料以及其它燃料作为燃料。术语“FBCT’涵盖一系列流化床工艺，包括循环流化床(Circulating fluidized bed, CFB)锅炉、鼓泡流化床(Bubbling fluidized bed,BFB)锅炉及其的其它变型。在FBC发电装置中，流化床在燃烧室的燃烧过程期间使固体燃料悬浮于向上喷射的空气喷流上，从而造成翻滚动作，使得气体与固体湍流混合。所述翻滚动作非常像鼓泡流体，可提供在燃烧室中实现较有效的化学反应和热量传送的方式。
[0006]在具有含硫成分的燃料(例如，煤炭)的燃烧过程中，硫被氧化从而主要形成气态S02。具体地说，FBC通过脱硫工艺减少以SO2形式排放的硫的量。合适的吸附剂(例如含有CaCO3的石灰石)用以在燃烧过程中从废气中吸收S02。为了促进燃料燃烧和硫的俘获，FBC发电装置以低于常规燃烧装置的温度进行操作。具体地说，FBC发电装置通常在介于约850°C与约900°C之间的范围内进行操作。由于这样能让煤炭在较冷温度下燃烧，所以在燃烧期间生成的NOx产量比在其它煤炭燃烧过程中要低。
[0007]为了进一步提高燃料利用率和硫俘获效率，通常使用旋风分离器来分离夹带于离开燃烧室的废气中的固体(例如，未被利用的燃料和/或石灰石)。接着，经由再循环构件(例如，再循环管)将经分离的固体送回到燃烧室，以供在燃烧过程中再次使用。密封罐(有时称为“j形底脚”(j_leg))维持燃烧室与旋风分离器之间的密封，防止废气不当地通过再循环管向后(例如，在与经分离的固体流入燃烧室中相反的方向上)逸出燃烧室。
[0008]FBC发电装置中的空气系统经设计以执行许多功能。举例来说，使用空气来流化由燃料、燃料灰和吸附剂构成的床固体，且使床固体与空气充分混合以促进燃烧、热量传送且减少排放(例如，S02、C0、N0x和N20)。为了实现这些功能，空气系统经配置以在各种位置处且以特定速度和数量注入空气，即指定的一级空气(PA)或二级空气(SA)。
[0009]另外，通常向密封罐供应流化空气和输送空气以促进固体和气体流动通过密封罐，如图1所示。参看图1，现有技术的密封罐10包括下导竖管15、流化/输送床20、流化空气源25、排放竖管30、输送空气源35和挡流坝40，挡流坝40使流化/输送床20与排放竖管30分离。流化/输送床20包括被供应来自流化空气源25的流化空气的流化区以及被供应来自输送空气源35的输送空气的输送区。流化空气源25和输送空气源35可为单独组件，如图1所示，或者，流化空气源25和输送空气源35可组合为单个空气源(未图示)。
[0010]如图1所示，在现有技术的密封罐10中，来自燃烧过程的固体从旋风分离器(未图示)穿过下导竖管15向下流到流化/输送床20。在流化/输送床20的流化区中由来自流化空气源25和/或输送空气源35的流化气体对固体进行流化。接着由来自流化空气源25的流化空气和/或从输送空气源35供应的输送空气将流化的固体穿过流化/输送床20的输送区输送到排放竖管30，进而在排放竖管25中形成扩展床。更具体地说，在挡流坝40上方(例如，在挡流坝高度Hweir上方)输送的固体形成扩展床，进而致使一些固体流动越过挡流坝40进入排放管30。另外，一些气体(主要是来自流化空气源25的流化空气和来自输送空气源35的输送空气)经由排放竖管30流到燃烧室。因此，密封罐10形成密封，进而防止燃烧室中的废气穿过密封罐10向后流动，例如穿过下导竖管15向上流回到旋风分离器(105，图4展示)。
[0011]在现有技术的密封罐10中，由于固体/气体相互作用不稳定(尤其是在操作转变期间)且导致穿过排放竖管30去往燃烧室(未图示)的气体和固体流动速率改变的性质，因而难以控制扩展床的大小。因而，过量固体流动越过挡流坝40，例如密封罐扩展床的大小突然变得非常大，这可能会干扰在下游燃烧室中分配流化空气。在此情况下，可能在所述系统中发生压力波动变化。
[0012]另外，通过密封罐10的固体的流动速率范围调整在现有技术的密封罐10中受到限制，因为无法精确地调整扩展床的大小来控制固体越过挡流坝的多种不同流动速率。换句话说，固体基本上流动越过挡流坝或不流动越过挡流坝;没有精确定义的离散流动速率，因此不同流动速率难以建立稳定的连续流，尤其是如上文所描述在操作转变期间。
[0013]因此，需要开发出一种密封罐和一种用于控制固体通过密封罐的流动速率的方法，使得所述密封罐具有包括但不限于以下各项的益处:增大固体流动控制范围及其调整准确性;增大稳态密封可维持性;减少废气逸出；减少固体突然溢出；以及增大使用密封罐的固体流动控制的调节比(turndown rat i ο )。
【发明内容】
[0014]根据本文中所说明的方面，提供一种用于燃烧发电装置的密封罐。所述密封罐包括:下导竖管，其接收所述燃烧发电装置的固体;具有第一端和第二相对端的床，所述第一端连接到所述下导竖管；以及排放竖管，其安置于所述床的第二相对端处。孔板安置于所述床与所述排放竖管之间以使所述排放竖管与所述床分离。所述孔板具有安置在高于所述床的高度处的多个孔口，且所述孔口允许以受控速率穿过所述孔板输送流化的固体和气体。
[0015]根据本文中所说明的其它方面，提供一种维持流化床燃烧发电装置的固体分离器与所述流化床燃烧发电装置的燃烧室之间的密封的方法。所述方法包括:将下导竖管连接到所述流化床燃烧发电装置的固体分离器;将床的第一端连接到所述下导竖管;将排放竖管安置于所述床的第二相对端与所述流化床燃烧发电装置的燃烧室之间；以及将孔板安置于所述