[发明专利]流化床换热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种流化床锅炉的流化床换热器。本发明尤其涉及一种流化床换热器，其包括：前壁，其与流化床锅炉相邻；后壁，其与前壁对置；以及两个侧壁，该壁形成为水管面板；入口开口，其布置在换热器的上部部分的第一区段中，以用于从流化床锅炉向换热器引入热颗粒；换热表面，其布置在换热器中以用于从颗粒回收热；以及出口开口，其布置在换热器的上部部分的第二区段中，以用于将冷却的颗粒作为溢流从换热器返还回流化床锅炉，其中，换热器包括在换热器的上部部分的第一和第二区段之间的间隔壁。

背景技术

通常，包封换热器的前壁、后壁以及侧壁主要是竖直的，并且它们具有公知的管-翅片-管构造。然后将各个壁的管连接至水平的下部的集流管，其布置在壁下面，以便向上部集流管或另一水管平面上游运送热传递流体(通常为水或蒸汽)。典型地，包封壁的水管作为在汽包锅炉中的蒸发表面和在直流式锅炉中的水预热表面起作用。

流化床换热器通常在流化床锅炉中使用，来从热固体颗粒回收热，该热固体颗粒从锅炉的火炉运送至换热器。在换热器中的冷却之后，将冷却的颗粒返还回火炉。流化床换热器可连接至循环流化床锅炉的热环路，或者其可直接从火炉接收热固体颗粒。还常见的是，热固体颗粒既从热环路(即，从流化床锅炉的固体分离器)，又直接从火炉接收至换热器。

换热器的基础要求或期望的特性包括：可在换热器中回收充分量的热；回收的热的量可如所期望地控制；换热器可无问题地持续地使用；以及换热器的操作不例如通过增加向环境的排放而损坏在涡轮中的工序。

美国专利No.7,240,639公开了一种带有流化床换热器的循环流化床锅炉，该流化床换热器尤其有利于回收的热的有效控制。其包括入口开口，该入口开口用于直接从火炉和从锅炉的颗粒分离器向换热器的顶部引入固体颗粒。颗粒的一部分在换热表面中冷却并且通过升高通道从换热器的底部排放回至火炉。颗粒的另一部分(尤其是处于高负载下)可通过另一开口和排放通道作为溢流排放而不冷却火炉。该构造的缺点是在火炉附近的升高通道的存在，倾向于将换热器的重心进一步远离火炉移动，这使得换热器的支撑更困难。

美国专利No.6,336,500在图3中显示了一种带有流化床换热器的循环流化床锅炉，该流化床换热器具有：入口开口，其用于通过在换热器的倾斜顶壁和竖直后壁附近的入口通道，从锅炉的颗粒分离器向换热器的底部部分引入热颗粒。颗粒在换热器的换热表面上冷却并作为溢流排放回火炉。该构造的缺点是在后壁附近的入口通道的存在，倾向于将换热器的重心进一步远离火炉移动。

美国专利No.5,533,471在图3中显示了一种带有流化床换热器的流化床锅炉，该流化床换热器具有：入口开口，其用于直接从锅炉的火炉向换热器的顶部引入热颗粒。颗粒沿着通过倾斜间隔壁形成的倾斜入口通道运送，该倾斜间隔壁布置在换热器的倾斜顶壁附近。颗粒在作为溢流从换热器的顶部排放回至火炉之前，在换热器的换热表面上冷却。该构造的缺点是：入口通道引起对引入的颗粒流的摩擦，并且可限制可引入到换热器中的颗粒的最大量。此外，在一些条件下，由于在换热器中收集或形成的粗颗粒或聚集块，入口通道和出口通道可变成至少部分地阻碍。

在上面提及的现有技术文档中，将固体颗粒沿着通道运送至换热器或从换热器运送，该通道形成于换热器的前壁、顶壁或后壁附近。虽然未公开形成通道的间隔壁的构造，但是根据常规技术，间隔壁可形成作为不冷却的耐火构造或耐火材料覆盖金属盘构造。但是，冷却的间隔壁通常是关于构造的耐性或热平衡的更好的解决方案。靠近相邻的壁的冷却的间隔壁可有利地通过将水管的一部分弯曲出相邻的壁外，来沿着间隔壁、平行于相邻壁的水管延长，并最终弯曲回相邻的壁而构造。在美国专利No.5,526,775中显示了通过弯曲火炉壁的水管形成排放通道的实例。但是，这种构造可相当复杂，并且可具有如下缺点：作为从相邻壁弯曲水管来沿着间隔壁延长的结果，在相邻壁中的水管的数量下降，这可引起对壁的有害的热应力。

在其中将固体颗粒沿着通道运送至换热器或从换热器运送的构造，可尤其在高负载下产生如下情况：其中，朝向换热器进入的热固体颗粒的一部分不能流动穿过换热器，但是可使它们旁通换热器并返还至未冷却的火炉。因而，为了回收足够的能量，换热器和热传递表面必须被相对大地制成，来增加在换热器中的颗粒的停留时间，以便将颗粒冷却至相对低的温度。大型换热器要求大空间并且使得支撑更加困难。在换热器中的相对低温可在一些情况下导致不需要的化学反应。尤其是在含氧燃料燃烧中，其中，CO₂的颗粒压力高，过低的温度可导致在换热器中的CaO的再碳酸化。