流化床鍋爐風(fēng)帽技術(shù)綜述

摘 要：流化床風(fēng)帽作為連接風(fēng)室與爐膛的核心部件對(duì)于流化床的理論研究起著重要的作用，文章通過對(duì)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＠墨I(xiàn)收集、標(biāo)引和梳理，分析了國(guó)內(nèi)外流化床風(fēng)帽相關(guān)專利的年度分布情況，并發(fā)現(xiàn)其技術(shù)路線階段性分布，現(xiàn)有的流化床風(fēng)帽按照其結(jié)構(gòu)主要分成S形風(fēng)帽、定向風(fēng)帽、柱形風(fēng)帽以及鐘罩形風(fēng)帽，同時(shí)作者在文章著重分析了鐘罩形風(fēng)帽的演進(jìn)路線。

關(guān)鍵詞：流化床；鐘罩式風(fēng)帽；專利分析

引言

隨著工業(yè)現(xiàn)代化的迅速發(fā)展，人類對(duì)能源的需要也是日益提高，而流化床作為一項(xiàng)清潔高效的發(fā)電技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，其在電站鍋爐、工業(yè)鍋爐和廢棄物處理利用等領(lǐng)域已得到廣泛的商業(yè)應(yīng)用。流化床清潔發(fā)電技術(shù)是目前世界商業(yè)化程度最好的潔凈煤技術(shù)之一。流化床技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)進(jìn)一步解決我國(guó)當(dāng)前能源緊缺、環(huán)境污染等問題，具有重要意義。循環(huán)流化床的鍋爐的布風(fēng)裝置由支撐板、風(fēng)帽、風(fēng)室、和排渣管組成，在高溫高磨損的惡劣環(huán)境下，風(fēng)帽是爐內(nèi)的易損部件，風(fēng)帽質(zhì)量的好壞直接影響著流化床能否安全穩(wěn)定的運(yùn)行。因此風(fēng)帽的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量是流化床安全運(yùn)行的保證，常見的流化床風(fēng)帽形式主要有S形風(fēng)帽、定向風(fēng)帽、柱形風(fēng)帽以及鐘罩形風(fēng)帽等。由于風(fēng)帽設(shè)計(jì)中的問題，給流化床鍋爐的長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行帶來了諸多不利影響[1-2]。

1 流化床風(fēng)帽歷年專利申請(qǐng)量變化趨勢(shì)及技術(shù)路線演進(jìn)

流化床風(fēng)帽技術(shù)的研發(fā)較早，從1965年，就已經(jīng)出現(xiàn)了流化床風(fēng)帽技術(shù)的相關(guān)專利文獻(xiàn)。

從1965-1982年這長(zhǎng)達(dá)十多年的時(shí)間，對(duì)流化床風(fēng)帽技術(shù)的研發(fā)沒有中斷，然而數(shù)量都不是很多，屬于流化床風(fēng)帽技術(shù)發(fā)展的萌芽階段，由于中國(guó)專利法設(shè)立的時(shí)間較晚，因此這一時(shí)期風(fēng)帽技術(shù)的專利申請(qǐng)都是外國(guó)申請(qǐng)，同時(shí)這部分外國(guó)申請(qǐng)又多為歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的申請(qǐng)，這也與歐美國(guó)家在電站鍋爐技術(shù)上的投入以及重視程度是吻合的。這一時(shí)期的具代表性的專利有柱形風(fēng)帽技術(shù)分支的：US19680756927A在流化床風(fēng)帽上設(shè)置兩層噴嘴，從而通過產(chǎn)生壓差從而達(dá)到更好的流化效果；US19730427864A披露了通過將風(fēng)帽設(shè)置成兩層壁的形式，從而達(dá)到降低噴出氣流壓力的目的；US19790100090A披露了一種用于將空氣和燃料同時(shí)噴出的組合式柱形風(fēng)帽；1978年專利文獻(xiàn)JP1491878A提出的通過在流化床風(fēng)帽底部設(shè)置一灰渣排出口從而降低了風(fēng)帽被堵塞的可能性，達(dá)到了均勻布風(fēng)的目的。

而在1983-2000年這十幾年的時(shí)間，流化床風(fēng)帽技術(shù)的全球?qū)＠纳暾?qǐng)量有了大幅穩(wěn)定的增長(zhǎng)，各經(jīng)濟(jì)大國(guó)在八十年代均制定了一系列自己的流化床技術(shù)的推廣計(jì)劃，這一時(shí)期的風(fēng)帽技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)較好的趨勢(shì)，不同的制造商推出了不同的流化床爐型，而風(fēng)帽的設(shè)計(jì)也因技術(shù)流派的不同，其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)業(yè)不盡相同。這一時(shí)期出現(xiàn)的S形風(fēng)帽的相關(guān)技術(shù)有：US19880232774為首件涉及S形狀專利的申請(qǐng)：將風(fēng)帽完全內(nèi)置于布風(fēng)板耐磨耐火材料里，上段管口和下段管口均分別豎直接入爐膛底部和風(fēng)室，中段橫向埋于耐磨耐火材料內(nèi)，該風(fēng)帽磨損量較小，且沒有漏渣問題，但在水平段和垂直向上出風(fēng)管中，不可避免地出現(xiàn)部分被床料堵死的問題，清理困難；Foster Wheeler公司公司申請(qǐng)的US19900486683A給出了風(fēng)帽由從布風(fēng)板向上延伸的用于接收空氣的垂直段、從垂直段向下彎曲延伸的彎曲段以及與彎曲段相連接的用于吹出空氣的水平段三部分組分。這一時(shí)期出現(xiàn)的箭形風(fēng)帽的相關(guān)技術(shù)有：1994年Combustion Eng和Alstom公司共同申請(qǐng)了US19940307139A：多個(gè)以相互平行的關(guān)系大體垂直地延伸的噴嘴組件，各噴嘴組件包括一大體是圓柱形的殼體，它具有一與流化床底板大體呈垂直關(guān)系布置的中心線，上述各殼體包括在其遠(yuǎn)離上述底板的一軸向最遠(yuǎn)端自其大體上徑向延伸的四個(gè)頭部，從而提高了流化床內(nèi)空氣分配的效率。2000年，清華大學(xué)申請(qǐng)的CN00200573設(shè)計(jì)了一種用于流化床鍋爐的傘骨形風(fēng)帽，風(fēng)帽由主風(fēng)管及連接在主風(fēng)管上部的2個(gè)或多個(gè)噴口管組成，在主風(fēng)管頂端覆蓋有防磨帽頭，從而不僅能明顯提高流化質(zhì)量，有效防止磨損及克服排渣不暢等問題。這一時(shí)期關(guān)于鐘罩形風(fēng)帽的代表性專利有：1993年MITSUBISHI申請(qǐng)的JP29796793A通過在風(fēng)帽芯管和外罩開有小孔的柱塞從而減少了灰渣的回流；JP11587396A通過在風(fēng)帽芯管的底部設(shè)置一調(diào)整柱塞從而調(diào)整進(jìn)入爐膛內(nèi)空氣的壓力；DE10227473A披露了一種鐘罩形風(fēng)帽，其通過風(fēng)帽外罩出口角度的設(shè)置調(diào)節(jié)出口空氣的速度，因而風(fēng)帽頭部的壁可以做薄最終達(dá)到節(jié)約成本的目的。

從2001年開始，流化床風(fēng)帽的申請(qǐng)出現(xiàn)了爆發(fā)性的增長(zhǎng)，這種增長(zhǎng)還體現(xiàn)在我國(guó)申請(qǐng)人在流化床風(fēng)帽專利技術(shù)上專利申請(qǐng)的數(shù)量和質(zhì)量上，這一時(shí)期，我國(guó)的各大鍋爐制造企業(yè)以及電力院校、研究所更加重視其在流化床技術(shù)領(lǐng)域的研究，同時(shí)隨著我國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)的增加，出現(xiàn)了大批的硫化床方面的專利，到目前為止，我國(guó)是世界上CFB鍋爐數(shù)量最多、裝機(jī)容量最大的流化床發(fā)展大國(guó)，同時(shí)隨著時(shí)間的變化，我國(guó)在流化床技術(shù)研發(fā)方面的投入持續(xù)的增加，這一時(shí)期在箭形風(fēng)帽申請(qǐng)方面，上海交通大學(xué)2008年申請(qǐng)的CN200810041463，對(duì)在先專利進(jìn)行了改型，其披露了一種側(cè)置箭頭式流化床風(fēng)帽，由一根進(jìn)風(fēng)管和兩根風(fēng)帽出風(fēng)管構(gòu)成，出風(fēng)管軸線與進(jìn)風(fēng)管下垂線方向呈一定夾角。這一時(shí)期在柱形風(fēng)帽的研發(fā)方面，代表性專利有中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所2005年申請(qǐng)的專利CN1699826A披露了一種鑲嵌多孔段型風(fēng)帽，多孔段的微孔材料為泡沫金屬、多孔金屬、泡沫陶瓷、多孔陶瓷、泡沫金屬陶瓷、多孔金屬陶瓷、陶瓷纖維或金屬纖維，該多孔段組件可拆卸地固定于風(fēng)管的底端，從根本上徹底解決了風(fēng)帽的漏灰問題。而在鐘罩式風(fēng)帽的研發(fā)方面：無錫華光鍋爐股份有限公司申請(qǐng)的CN200420026106將風(fēng)帽體的底部沿徑向向內(nèi)收縮，形成定位圈，上述槽口開設(shè)于定位圈上，風(fēng)帽體套在中空的連接管上，連接管的上部設(shè)置沿徑向的凸緣，凸緣與風(fēng)帽體上的槽口相互配合連接，從而可以方便地從連接管上安裝或拆卸風(fēng)帽。中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所2010申請(qǐng)的CN201010605861披露的雙節(jié)流內(nèi)嵌柱形風(fēng)帽，風(fēng)帽阻力控制精確且有較寬調(diào)節(jié)范圍，具有防漏渣功能，安裝維護(hù)方便。

這一時(shí)期，除了典型的四種風(fēng)帽結(jié)構(gòu)之外，清華大學(xué)申請(qǐng)的專利CN200610011187，該專利另辟蹊徑，申請(qǐng)了一種浮子式風(fēng)帽，該浮子式風(fēng)帽由于該浮子式風(fēng)帽由圓錐型氣流通道和浮子兩部分組成，所述的浮子頂部為帶導(dǎo)流裙邊的半球，中間為設(shè)有內(nèi)螺紋的圓錐段，下部裝有頭部為半球形的螺栓。與之前的風(fēng)帽相比，該技術(shù)給出的浮子式風(fēng)帽氣流從浮子的四周流出，所以布風(fēng)均勻，流通面積大，阻力小，可以減少一次風(fēng)機(jī)的電耗；由于其沒有局部高流速區(qū)，不會(huì)對(duì)相鄰風(fēng)帽產(chǎn)生磨損同時(shí)能夠達(dá)到均勻布風(fēng)的目的。

2 結(jié)束語

文章分析了國(guó)內(nèi)外流化床風(fēng)帽技術(shù)，國(guó)外對(duì)于硫化床的起步較早，而我國(guó)雖然對(duì)流化床風(fēng)帽的研究起步較晚，然而通過十幾年的發(fā)展，我國(guó)在流化床風(fēng)帽的研究上有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在吸收典型的流化床風(fēng)帽技術(shù)的基礎(chǔ)上，同樣有了一定的創(chuàng)新，同時(shí)我們同樣也應(yīng)該看到自身的不足，與世界大型電站鍋爐企業(yè)在流化床技術(shù)的研發(fā)以及專利的保護(hù)意識(shí)上尚有一定的差距。因此希望我國(guó)企業(yè)進(jìn)一步地加強(qiáng)在流化床風(fēng)帽技術(shù)上的研發(fā)，從而在競(jìng)爭(zhēng)中處于有利地位。

參考文獻(xiàn)

[1]駱仲泱，等.循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].動(dòng)力工程，2004，24（6）：761-767.

[2]林宗虎，等.循環(huán)流化床鍋爐[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.