本发明涉及到一种燃烧系统和方法，并特别涉及到这样一种系统和方法，其中多个相邻和相对的、包括有燃烧炉部分和再循环部分的外壳被用于容纳流化床。 流化床燃烧系统已广为人知，这些系统包括一个燃烧炉部分，在燃烧炉部分中空气流过散粒材料床，以便流化该床并以相对低的温度加速燃料的燃烧，其中散粒材料包括矿物燃料例如煤，以及用于因煤燃烧而生成的氧化硫的吸附剂。这些类型的燃烧系统通常用于蒸汽锅炉，在蒸汽锅炉中，水以热交换的关系输送到流化床，以便产生蒸汽，并可以得到高的燃料效率和燃料适应性，高的硫吸附，以及低的氮氧排出。
这类系统的燃烧炉部分中所使用的一种典型流化床通常称为“发泡”流化床，在这种流化床中散粒材料床具有相对高的密度和轮廓分明的、或者不连续的上表面。其它类型的系统使用一种“循环”流化床，在这种流化床中流化床的密度比典型的发泡流化床的密度低，流化空气速度等于或大于发泡床的流化空气速度，并且流过流化床的废气带走大量地细小散粒固体颗粒，并达到使废气基本饱和的程度。
循环流化床的特征在于具有相对高的内部和外部固体颗粒再循环，这种再循环使得循环流化床不受燃料热释放模式的影响，因此使温度变化达到最小，并从而使硫的排出稳定在一个低水平上。外部固体颗粒再循环通过在燃烧炉部分的出口处布置一台旋风分离器而实现，旋风分离器用来接收来自流化床的废气和其所携带的固体颗粒。固体颗粒在分离器中与废气分离，废气被输送到热回收区域，而固体颗粒被再循环到燃烧炉。这种再循环提高了分离器的效率，并且所得到的硫吸附剂和燃料驻留时间的更有效利用减小了吸附剂和燃料的消耗量。已转让给与本申请同一受让人的美国专利No.5，040，492和No.5，054，436公开了这种系统，在这种系统中分离的固体颗粒再循环到燃烧炉中。
已转让给本申请同一受让人的美国专利No.4，609，623和No.4，809，625公开了一种流化床反应器，在此反应器中致密的或发泡床保持在燃烧炉的下部，而另一方面该床又作为循环床工作。这种混合布置带来若干优点，但并不表明这种布置在相对大的粒度范围上具有使用燃料和吸附剂的能力。
在设计上述类型的流化床燃烧系统中，根据给定的设计来增加燃烧炉的能力通常要通过增加燃烧炉壁的高度来获得。然而，这样做的费用是昂贵的，并且对壁的高度有若干限制。因此，有人建议通过增加燃烧炉的“平面”尺寸即增加燃烧炉的宽度和/或深度来增大燃烧炉的尺寸，因而增加其能力。然而，这通常需要一个放置在燃烧炉部分中的公共壁等构件，以便将该区域分成两个或多个需要分别操作控制的流化床等，这样做的费用很高。公共壁也承受着横向载荷，特别是当多个床不同地工作，或由于设备损坏而使一个床不能工作时。这种横向载荷能导致壁的损坏并引起工作和效率的降低。
燃烧炉能力的增加也导致使用较大的旋风分离器，而较大的旋风分离器使随分离废气排走的细小未燃燃料颗粒量增加。这种未燃燃料颗粒的排出降低了燃料的效率，因此增加了燃料消耗。
因而，本发明的一个目的是提供一种流化床燃烧系统和方法，这种系统和方法增加了燃烧炉的能力，而燃烧炉壁的高度没有任何增加。
本发明的另一目的是提供一种上述类型的流化床燃烧系统和方法，其中具有两个或多个设有燃烧炉部分的分开的外壳。
本发明的另一目的是提供一种上述类型的流化床燃烧系统和方法，其中具有两个或多个设有燃烧炉部分的外壳，以及一体的再循环部分。
本发明的另一目的是提供一种上述类型的流化床燃烧系统和方法，其中外壳由公共壁连接。
本发明的更进一步的目的是提供一种上述类型的流化床系统和方法，其中独立的燃烧炉部分能够不需要独立控制而操作。
本发明的更进一步的目的是提供一种上述类型的流化床燃烧系统和方法，其中独立的一体再循环部分能够不需要独立控制而操作。
本发明的更进一步的目的是提供一种上述类型的流化床燃烧系统和方法，其中公共壁上开有开口，以便均衡壁两侧的压力，使横向载荷达到最小或消除横向载荷，并使每个燃料炉部分中的流化床基本保持相同的高度。
本发明的更进一步的目的是提供一种上述类型的流化床燃烧系统和方法，其中公共壁上开有开口，以便使一体再循环部分中的流化床基本保持相同的高度。
本发明的更进一步的目的是提供一种上述类型的流化床燃烧系统和方法，其中通过减少细小未燃燃料颗粒的流失来提高燃料效率。
为了实现这些或其它目的，根据本发明的系统和方法，每个都具有一个燃烧炉部分和一个再循环部分的多个外壳用公共壁连接。散粒材料流化床在每个燃烧炉部分和再循环部分中形成，每个燃烧炉部分中的废气在排出旋风分离器等装置之前带走部分散粒材料，并在每个燃烧炉部分中上升。公共壁的上部和下部开有开口，以便均衡壁两侧的压力，并使燃烧炉部分中的致密床基本保持相同的高度，以及使再循环部分中的致密床基本保持相同的高度。
通过参考本发明现有优选、但是说明性的实施例的下例详细描述，同时参考附图，本发明的上述简要描述以及进一步的目的、特点和优点将会被更充分地理解。附图中：
图1是描述本发明系统的示意图;
图2是沿图1中线2-2剖分的、放大的断面图;
图3是沿图2中线3-3剖分的、缩小的断面图;
图4是沿图2中线4-4剖分的断面图;以及
图5和图6是与图2相似的视图，但其描述的是本发明系统的其他可能的实施例;
图7是沿图5中线7-7剖分的断面图。
参考附图的图1和图2，本发明的流化床燃烧系统通常用参考数字10表示。系统10包括两个基本相同的竖直的水冷外壳12a和12b。为了便于表示，仅对外壳12a进行详细描述。
外壳12a有一前壁14a，一后壁16a和两个侧壁，其中一个侧壁用参考数17表示，而另一侧壁由在外壳12a和12b之间延伸的公共壁构成，这个公共壁将在后面进行详细论述。外壳12a的上部由顶盖18a封闭，而其下部具有底板20a。分配板或格栅22a横穿过外壳12a的下部而延伸。板22a与底板20a间隔一定距离，以便在底板20a和板22a之间确定一个压力通风区域，此区域用于接受来自外部源（未示出）的含氧气体，如空气。
隔板24a布置在外壳12a中，并在两侧壁之间延伸，包括侧壁17a。隔板24a包括下部基本垂直的部分24a′，它从底板20a向上延伸，穿过分配板22a并进入外壳12a。隔板部分24a′与前、后壁14a和16a平行布置。隔板24a也包括上部部分24a″，它从隔板的下部部分24a′向上、向后斜向后壁16a。因此，隔板24a将压力通风区域合为压力通风室26a和28a，并进一步将外壳12a分为位于压力通风室26a上面的燃烧炉部分30a和位于压力通风室28a上面的再循环部分32a。由于将要描述的原因，在垂直隔板部分24a′的下部至少有一个孔34a。由于将要描述的原因，多个空气分配器喷嘴36a安装在板22a部分上相应的开口中，并延伸到燃烧炉部分30a的下方，以便让空气穿过板22a。
进料系统38a布置在靠近前壁14a的地方，用于将散粒材料引入燃烧炉部分30a。散粒材料包括燃料，并也可包括含有吸附物质的其他成分，例如石灰石。
当空气向上穿过板22a时，散料材料在燃烧炉部分30a中被来自压力通风室26a的空气所流化。这种空气加速了燃料的燃烧，生成了已燃气体，这种已燃气体与空气混合而形成废气，废气在燃烧炉部分30a中因对流而上升，并象将要描述的那样带走部分散粒材料。
旋风分离器40a在靠近外壳12a之外延伸。如图1所示，导管42a从外壳12a的后壁16a上的出口延伸到穿过分离器40a的壁的入口。分离器40a以一种将要描述的方式接收来自燃烧炉部分30a的废气和所携带的散粒材料，并按常规方式工作，使得散粒材料与废气分离。在分离器中已被分离的、基本不含固体颗粒的废气经过紧靠分离器上方的导管44a，通过热回收部分48的壁的入口进入热回收部分48。
热回收部分48包括许多热交换表面50，热交换表面50可以用作加热器、再热器、过热器和节热器，所有这些热交换表面50都是由许多热交换管所构成，这些热交换管布置在气体穿过热回收部分48的路径中。气体在穿过热交换表面50之后，通过出口52从热回收部分48排出。与其它外壳相通的多个分离器最好与一个热回收部分48相连。当然，热回收部分的许多不同的实施例都可以被使用。对热回收部分的一个优选实施例的更详细论述，参见美国专利No.5，040，492和No.5，054，436，这两项专利都转让给了本发明的受让人。这些参考文献的公开在这里作为参考。
如图1所示，分离器40a的下部是锥形的，并且与下垂支管54a连接，而支管54a与J型阀56a连接。导管58a将J型阀56a的出口与再循环部分32a连接，以便将从分离器40a中分离的散粒材料输送到再循环部分32a。J型阀56a以常规方式工作，以防止固体颗粒从燃烧炉部分30a和再循环部分32a回流到分离器40a。当然，基本相同的分离器，下垂支管，J型阀和入口导管都与每个外壳相通，并且它们都以与上述基本相同的方式工作。当然也可以使用其它类型的分离器，并且这些分离器可以以任何常规的方式将所分离的散粒材料输送到再循环部分中。
如图2所示，外壳12a和12b彼此相邻布置，并且共用一个公共壁60，此公共壁60从前壁14a和14b延伸到后壁16a和16b，并从外壳底板20a和20b延伸到外壳顶盖，包括顶盖18a。燃烧炉部分30b形成在外壳12b中，并布置在靠近燃烧炉部分30a处，而再循环部分32b位于靠近燃烧炉部分30b处，并布置在与再循环部分32a相邻的位置。
如图3所示，由于将要描述的原因，在公共壁60的上部设置多个开口62，而在公共壁60的下部也设置多个开口64和66。
图2和图4更详细地描述了相邻的再循环部分32a和32b。为了便于表示，将要详细描述再循环部分32a，当然，这种描述也适用于再循环部分32b，以及适用于如图5和6中所示的其它再循环部分。
隔板68a布置在再循环部分32a中，并且在侧壁17a和公共壁60之间延伸，并平行于垂直隔板部分24a′。隔板68a也从分配板22a延伸到隔板24a的倾斜部分24a″，以便在隔板24a和68a之间确定一个通道70a。由于将要描述的原因，在隔板68a和上部有多个开口。
前壁14a，后壁16a，两侧壁，顶盖18a，隔板24a和68a，以及分离器40a和热回收部分48的壁全部由许多垂直延伸、隔间布置的平行管72组成，两相邻管之间由连续叶片74沿管的长度方向连接，以形成密封结构。如图1所示，构成后壁16a的管72的一部分向着隔板部分24a″弯出后壁平面，以形成隔板76a，并向后壁16a折回，以形成隔板78a。因此，隔板76a和78a有助于支撑隔板部分24a″。
一对垂直间隔的第二空气入口80a和82a对准后壁16a上的开口，用于将第二含氧气体例如空气在两个高度处引入外壳12a，其中一个高度位于后壁16a与隔板76a和78a的交叉点之间，而另一高度位于隔板78a与后壁16a的交叉点之上。虽然图中没有清楚地表示，但显然，构成隔板76a的管72没有叶片，使得来自入口80a的第二空气能够通过该处，而构成隔板78a的管72由叶片相连，以防止该处的空气通过，并因此形成了再循环部分32a的顶盖。
如图1所示，四排喷嘴84a穿过隔板部分24a″延伸，其中两排位于隔板78a的上方，两排位于隔板78a的下方。作为结果，来自入口80a的第二空气被导向通过下部的两排喷嘴84a，而来自入口82a的第二空气被导向通过上部的两排喷嘴84a。
如图2和4所示，隔板88a和90a布置在再循环部分32a之内，并在后壁16a和隔板68a之间延伸，与侧壁17a和公共壁60基本平行。隔板88a和90a在再循环部分32a内从分配板22a向上延伸到一个所有希望的高度。参考图4，隔板88a和90a将再循环部分32a的下部分成三个间隔空间92a，94a，96a。如图2所示，入口导管58a与后壁16a上的、和间隔空间94a相通的开口对准。
在再循环部分32a中，多排喷嘴98a穿过位于压力通风室28a上方的板22a上的孔。每个喷嘴98a由一个穿过孔延伸的中心部分和一个与垂直部分对准的水平排气部分组成。间隔空间92a和96a中的喷嘴98a平行地布置成若干排，它们的排气部分背向间隔空间94a。两平行排喷嘴98a布置在间隔空间94a中，它们的排气部分分别朝向隔板88a和90a。一单排喷嘴100a也位于间隔空间94a中，并在两排喷嘴98a之间延伸。由于将要解释的原因，喷嘴100a比喷嘴98a高。集流腔102a位于压力通风室28a中，并与喷嘴100a相连，用于将空气提供给喷嘴100a，此空气与来自压力通风室28a的、通过板22并到达喷嘴98a的气流无关。
如图4所示，一组热交换管104a布置在每个间隔空间92a和96a中。管104a被弯成螺旋状，并在加热器之间延伸，用于以常规方式循环通过管104a的液体。穿过分别确定间隔空间92a，94a和96a的隔板68a的一部分，布置三个平行间隔开的细长槽口或开口106a，108a和110a（图4）。由于将要描述的原因，开口108a在高于开口106a和110a的高度上延伸。为了便于说明，开口示意地示于图4中，当然这些开口实际上是通过切开叶片74，或使管72弯出隔板68a的平面而形成的。在隔板88a和90a的下部分别形成多个开口112a和114a，以便使腔92a和96a与腔94a连通。如图2所示，由于将要描述的原因，公共壁60延伸到后壁16a，以便将再循环部分32a和32b分开，并且在公共壁60的延伸部分上具有多个开口66。
当然，再循环部分32a和32b的这种特殊设计仅作为一个示例给出，再循环部分的许多不同实施例也可以使用。例如，美国专利No.5.054，436和No.5，040，492，这两项专利均转让给了本发明的受让人，这两项专利公开了许多可以与本发明一起使用的不同的再循环部分构造。这些参考文献的公开在这里用作参考。
显然，对外壳12a的上述描述同样适用于外壳12b，在后一实施例中的相同结构用同样的参考数字表示，但带有下标“b”。因此，外壳12b将不作详细地描述。
上汽锅116（图1）位于系统10的上方，虽然图中没有示出，显然在上述的各类水管壁的端部布置有许多加热管。通常由参考数字118所示，许多排气管、管路等被用于建立一个流动回路，此流动回路用于循环通过这些加热器、上汽锅116和各种由管构成的壁、隔板、以及热交换表面的冷却液，例如水或蒸汽、或者水和蒸汽的混合物，同时与所需要的送水管、排水管、以及加热器相连。因此，水以预定的顺序流过此流动回路，以便将水转变成蒸汽，并且利用散粒燃料材料的燃烧所生成的热加热蒸汽。
为了便于表示，本系统的工作将参考外壳12a进行描述。在工作中，包括燃料和吸附剂材料的散粒材料通过进料系统38a进入燃烧炉部分。可选择地，也可以独立地通过加工在一个或多个外壳壁上的开口引入吸附剂。来自外部源的空气以足够的压力引入位于燃烧炉部分30a下方的压力通风室26a，此空气以足够的量和速度流过布置在燃烧炉部分30a中的喷嘴36a，以便使燃烧炉部分30a中的散粒材料流化。设定每个喷嘴36a，使得从喷嘴排出的空气速度如图1所示从右至左增大，即最靠近前壁14a的喷嘴36a以相对高的速度排出空气，而最靠近隔板24a′的喷嘴36a以相对低的速度排出空气。
点火燃烧嘴（未示出）或类似的装置被用于点燃燃料材料，之后燃料材料由于燃烧炉部分30a中的热而自燃。燃料材料的燃烧生成已燃气体，已燃气体与通过板22a引入的空气混合，此混合物称为废气。废气向上穿过燃烧炉部分30a，并带走或淘析一部分散粒材料。
引入燃烧炉部分30a的散料材料的量和经过空气压力通风室26a、通过喷嘴36a引入燃烧室部分30a内部的空气的量根据散粒材料的粒度来确定，使得在燃烧炉部分30a的下部形成一个致密床，而在其上部形成一个循环流化床，即散粒材料被流化到这样一种程度，使得散粒材料能够被带走或淘析。按上述方式工作时，散粒材料的密度在燃烧炉部分30a的下部相对较高，沿燃烧炉部分30a的整个高度，散粒材料的密度随高度而减小，并且在燃烧炉部分30a的上部密度基本不变并相对较低。由于在外壳12b中的工作与在外壳12a中的工作相同，不再对前者进行详细描述。
如图3和4所示，公共壁60下部上的开口64的尺寸确定为使散粒材料在燃烧炉部分30a和30b之间有足够的流动，以使得燃烧炉部分30a和30b中的固体颗粒的各自高度基本相同。
再参考图1，进入燃烧炉部分30a上部的废气因散粒材料而饱和，并经过后壁16a上部上的出口流入旋风分离器40a。公共壁60上部上的开口62（图3）均衡燃烧炉部分30a和30b中的气体压力，并因此消除公共壁60两侧的任何压差。
在分离器40a中，散粒材料与废气分离，净化了的废气输送到作为横穿热交换表面50的通道的热回收部分48中。来自分离器40a的分离的散粒材料流过下垂支管54a、J型阀56a、以及导管58a，并进入上述的再循环部分32a。
参考图2和4，分离的固体颗粒从导管58a进入再循环部分32a的间隔空间94a。假定正常工作，压力通风室26a和28a分别通过喷嘴36a和98a将空气分别分配给燃烧炉部分30a和再循环部分32a。每个喷嘴36a和98a都具有普通的结构，例如包括一个控制装置，使得流过喷嘴的空气速度能够得到控制。在此正常工作过程中，通过压力通风室28a将流化空气引入再循环部分32a的间隔空间92a、94a和96a中的喷嘴98a中，而流向集流腔102a并因此流向喷嘴100a的空气流被关闭。由于间隔空间94a或的两排喷嘴98a朝向隔板88a和90a，散粒材料从间隔空间94a流进间隔空间92a和96a。
散粒材料在间隔空间92a和96a中混合和聚集，并因此把热传给这些间隔空间里管104a中的水/汽。然后，冷却的散粒材料流过隔板68a上的开口106a和110a，流过通道70a（图1），流过隔板24a上的开口34a，并返回燃烧炉部分30a。
如图3和4所示，公共壁60上的开口66的尺寸确定为使散粒材料在再循环部分32a和32b的间隔空间96a和92b之间分别能充分流动，以使得在间隔空间92a、96a、92b和96b中的散粒材料的各自高度基本保持相同。
因此，在上述工作过程中没有空气进入间隔空间94a中的喷嘴100a，如果有，也只有非常少的散粒材料流偶然通过间隔空间94a和开口108a。在初始启动期间和低负荷条件下，流向压力通风室28a的流化空气流被关闭，而流向集流腔102a、因而流向喷嘴100a的空气流被打开。作为一种结果，间隔空间92a和96a中的散粒材料的体积塌落，因而密封住间隔空间，阻止散粒材料的流动。因此，来自导管58a的分离的散粒材料直接流过间隔空间94a，在累积到开口108a的高度之后，流过开口108a，流过通道70a，流过隔板24a上的开口34a，并返回燃烧炉部分30a。由于间隔空间94a不含热交换管104a，可以获得启动和低负荷工作，而不必将管组104a暴露在热的再循环散粒材料中。
如果希望，第二空气可以通过入口80a和82a引入外壳12a，第二空气在从通向燃烧炉部分30a的下两排喷嘴84a排出之前，从入口80a流过隔板76a中的空间，并流过再循环部分32a。防止来自入口82a的第二空气经过隔板78a流入再循环部分32a，而让第二空气流过通向燃烧炉部分30a的上两排喷嘴。控制引入再循环部分32a的流化空气，以便带走循环部分中的细小燃料颗粒。用这种方式，大约1到10微米直径的细小燃料颗粒暴露在来自第二空气入口80a的第二空气中，并随第二空气一起经过喷嘴84a流入燃烧炉部分30a。当这些被带走的细小燃料颗粒从再循环部分32a流过下两排喷嘴84a，并进入燃烧炉部分30a时，第二空气中的高含氧量加速了它们的燃烧。
将供水引入上述的流动回路，并使其以一定的顺序在回路中循环，以便将供水转变成蒸汽，并再热和过热蒸汽。
也可以为燃烧炉部分30a和再循环部分32a提供排泄管（没示出），并且如果希望可为每个燃料炉部分和再循环部分提供排泄管，用来按普通方式排出用过的散粒材料。
本发明的系统和方法具有若干优点。例如，在图1至4的实施例中，两个相邻的、具有公共壁60的外壳12a和12b的使用使得系统10的尺寸、因而使得载荷能力在不增加系统高度的情况下得以增加。此外，公共壁60下部上的开口64和66的存在使得燃烧炉部分30a和30b以及再循环部分32a和32b中的各自致密床高度相等，因此校正了供料系统38a和38b的燃料供给的不平衡等现象。此外，由于相邻的外壳12a和12b是基本相同的，可以使用一个控制系统来控制两个外壳中的工作。并且，公共壁60上部上的开口62的存在使得燃烧炉部分30a和30b中的各自气体压力相等，因此最大限度地减小或消除了公共壁60两侧的任何横向载荷及可能的破坏。开口62也能在燃烧炉部分30a和30b中形成预定的压力差，并且还能使在每个燃烧炉部分30a和30b中的散粒材料带走量和循环量基本相同。开口62的存在也基本能使两燃料炉部分30a和30b中的致密床的上方形成相同的燃烧环境。
虽然上述实施例在两个基本相同的外壳12a和12b之间使用一个公共壁60，显然，用相似的方式可以使用多个公共壁，以便连接其它的外壳。作为这种例子，图5和6描述了本发明的另外的实施例，其中相邻的和相对的外壳由公共壁连接。
根据图5的实施例，两个附加的、和外壳12a和12b基本相似的外壳12c和12d与外壳12a和12b相连。外壳12c布置在外壳12a的对面并与外壳12d相邻，而外壳12d布置在外壳12b的对面。外壳12a和外壳12c共用一个公共壁120，而外壳12b和外壳12d共用一个基本相同的公共壁122。如图7所示，公共壁122（和公共壁120）在其上部有多个开口124，用于使废气在相连的燃烧炉部分之间流过。开口124使得相连的燃烧炉部分中的气体压力相等，并因此消除了公共壁122两侧的任何压力差。公共壁122（和公共壁120）在其下部也有多个开口126，用于使散粒材料能在相连的燃烧炉部分之间流动。开口126的尺寸确定为使散粒材料在相连的燃烧炉部分之间能充分流动，以使得燃烧炉部分中致密床的各自高度基本相同。外壳12c和外壳12d之间的公共壁128与公共壁60基本相同。按照与上面详细描述的实施例中分离器40a和外壳12a的连通方式基本相同的方式，分离器40a、40b、40c和40d分别与外壳12a、12b、12c和12d连通。分离器40a、40b、40c和40d的工作方式与上面详细描述的实施例中分离器40a的工作方式基本相同。因此，图5的实施例的工作方式与图1至4的实施例的工作方式相同，但具有附加外壳所带来的附加能力和灵活性。
根据图6的实施例，两个附加的、与外壳12a、12b、12c和12d基本相似的外壳12e和12f与外壳12a、12b、12c和12d相连。外壳12e布置在外壳12b的相邻处并与外壳12f相对，而外壳12f布置在外壳12d的相邻处。分别将外壳12b与外壳12e以及外壳12d与12f分开的公共壁130和132与公共壁60和128基本相同。同样，将外壳12e与外壳12f分开的公共壁134与公共壁120和122基本相同。分离器40a、40b、40c、40d、40e和40f分别与外壳12a、12b、12c、12d、12e和12f相通。图6中的实施例的工作方式与上述的图1至4的实施例以及图5的实施例的工作方式相同，但具有附加外壳所带来的附加能力和灵活性。
在上述公开中，也可以进行其它修改、变化和替换，并且在某些情况下，可以使用本发明的某些特点而不使用其它特点。因此，应该理解，附加的权利要求应广泛地并按本发明的范围加以解释。