CN101378821B - 特别用于燃烧设备的固体分离器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于分离第一固体和第二固体的固体分离器，第一固体的直径和密度大于第二固体的直径和密度，该分离器包括在分离器的下部形成通道的基本竖直的第一内部隔板(2)，该分离器在流化固体的通道上形成两个分隔室(1A、1B)，各个分隔室的流化由两个流化气体入口(3A、3B)独立控制，以便获得用于在第一分隔室(1A)中分离第一和第二固体并通过排放口(8)排出第二固体、以及将第一固体输送到第二分隔室(1B)的速度场。根据本发明，所述第一隔板(2)在其基本竖直的面中的至少一个上设置有流化气体喷射器(E2)；第一分隔室(1A)设置有内部障碍装置，该内部障碍装置使固体的路径偏转并至少局部设置有朝向所述第一隔板(2)的流化气体喷射器(E4A)。

Description

特别用于燃烧设备的固体分离器
技术领域
本发明涉及一种特别用于燃烧设备的固体分离器
背景技术
在专利FR 2850156中描述了这种用于燃烧含碳残渣的设备。
此设备包括用于还原氧化物的反应器、第一旋流器、用于烟气热回收的交换器、用于将氧化物氧化的反应器、第二旋流器、和用于控制循环的氧化物的温度的交换器，在该交换器中对在两个反应器中还原然后氧化的氧化物进行循环。根据该现有技术，固体可燃材料在进入氧化物还原反应器之前被碾碎。首先通过将氧化物与燃料接触而使氧化物被还原，其中该燃料和由氧化物释放的氧气进行反应；然后通过使被还原的氧化物与空气接触而使氧化物再生。尺寸减小的固体燃料颗粒允许更完全且更快速的燃烧，并产生接近100％的飞灰。
这种在大气压力下工作、具有一体的二氧化碳捕获(功能)、用于含碳固体材料的燃烧的设备并不要求任何预先的空气分离。由于此系统的简单性和致密性，在提供用于产生电能的蒸汽的同时可以减少捕获二氧化碳的成本。
与还原反应器相联的第一旋流器的出口处的固体颗粒包括金属氧化物颗粒和含碳残渣，所述固体颗粒穿过虹吸管然后被朝用于去除含碳残渣的去除装置引导。
这种去除装置由蒸汽流化。通过此流化，细小且轻的颗粒例如含碳残渣被分离出并重新被引入还原反应器，而密度较大且粒大的金属氧化物颗粒被朝氧化反应器传送。
这种是分离器的去除装置包括形成有壁的内部隔板，所述壁与分离器的顶部形成一体，并在分离器的底部留出流动空间，该去除装置在流化固体的通道上形成两个分隔室，流化固体的高度提供了这两个分隔室之间的加压密封。各个分隔室的流化由两个蒸汽入口独立控制，以便获得在第一分隔室中分离氧化物和含碳残渣以及将氧化物送进第二分隔室中所需要的速度场。在第一分隔室上方，排放口将通过蒸汽获得的含碳残渣传送回还原反应器。
此分离器是所述设备中的碳屏障，该碳屏障对于捕获二氧化碳是不可缺少的，二氧化碳是应当受到排放限制的温室气体。
发明内容
本发明的目的是通过改进此分离器来增加此屏障的产量。通过本发明，分层(segregation)现象得到加强，同时增加了用于在第一分隔室中处理固体的时间，并将分离器保持为有限的尺寸。
为此，本发明涉及一种用于分离第一固体和第二固体的固体分离器，第一固体的直径和密度大于第二固体的直径和密度，该分离器包括在分离器的下部形成通道的基本竖直的第一内部隔板，该分离器在流化固体的通道上形成两个分隔室，各个分隔室的流化由两个流化气体入口独立控制，以便获得用于在第一分隔室中分离第一和第二固体并通过排放口排出第二固体、以及将第一固体输送到第二分隔室的速度场，其特征在于，所述第一隔板在其基本竖直的面中的至少一个上设置有流化气体喷射器；第一分隔室设置有内部障碍装置，该内部障碍装置使固体的路径偏转并至少局部设置有朝向所述第一隔板的流化气体喷射器。
通过本发明，两种类型固体的分层都得到了很大程度的增强。
根据优选的实施例，所述障碍装置包括至少一个第二侧部隔板，该隔板包括与分隔室的竖直壁形成一体的壁，并在相对的竖直壁附近形成通道，固体通过连接这两个竖直壁的壁进入分离器中。
优选地，所述第二侧部隔板在其面向所述第一隔板的竖直面上设置有所述喷射器。
有利地，所述障碍装置包括多个交替的所谓的第二侧部隔板，该第二侧部隔板中的一些与一所谓的竖直壁形成一体，其他的与相对的竖直壁形成一体。
根据有利的特征，分离器包括堰(weir)，该堰包括连接所述第一隔板和相邻的所述第二隔板的壁，并在分离器的上部形成通道。有利地，所述堰设置在所述排放口下方。
通过此附加特征，在开始的分层后，两种类型的固体的分离都得到改进。
优选地，所述第一分隔室包括倾斜的底面，该底面从固体进入分离器的壁上的较高位置朝所述第一隔板附近的较低位置延伸。
所述倾斜的底面可以进一步设有平行于其倾斜方向的槽道。
槽道之间的肋可以设有流化气体喷射器。
通过前述特征，可以优化对较大直径和较大密度的固体的传输。
有利地，所述排放口位于所述竖直隔板附近。
分离器可以包括连接于其下部的提取器(extractor)。
有利地在所述第一隔板下方设置V形阀，以便控制第一隔板下方固体的流率。
本发明还涉及一种用于燃烧含碳材料的设备的分离器，所述含碳材料中的第一固体为氧化物颗粒，第二颗粒为含碳残渣。
所述流化气体主要包括蒸汽和/或二氧化碳。
所述氧化物颗粒可以是金属氧化物颗粒。
本发明最后涉及一种包括这种分离器的用于燃烧含碳材料的设备，其特征在于，所述分离器装配在与还原反应器相联的旋流器出口处，或者直接装配在还原反应器的出口处。
附图说明
在此将结合附图详细描述本发明，所述附图仅说明本发明的优选的实施例。
图1和图2是根据本发明的分离器的第一实施例的竖直和水平纵向剖面图；
图3到图6是根据本发明的分离器的第二实施例的沿BB、AA、CC、DD的竖直纵向剖面图；
图7是根据本发明的分离器的第三实施例的竖直纵向剖面图；
图8A到图8C是根据本发明分离器的第三实施例沿E-E的竖直横向截面详图；
图9是根据本发明的分离器的可选布置的竖直剖面图；
图10是根据本发明的分离器的另一可选布置的竖直剖面图。
具体实施方式
如图1和图2中所示，用于分离密度不同的第一和第二固体的固体分离器1包括第一内部竖直隔板2，其中，第一固体的直径和密度大于第二固体的直径和密度，所述第一内部竖直隔板2在下部形成通道，并在流化固体的通道上形成两个分隔室1A和1B，两个分隔室之间的加压密封由流化固体的高度H提供，各个分隔室的流化由两个流化气体入口3A和3B独立控制，以便获得在第一分隔室1A中分离第一固体和第二固体以及将第一固体传输到第二分隔室1B所需要的速度场。
根据本发明，第一分隔室1A设置有使固体的路径偏转的内部障碍装置。
根据示例，分离器大体为平行六面体形，且障碍装置包括至少一个第二侧部隔板4A，该侧部隔板4A包括与分隔室的竖直壁5A形成一体的壁并在相对的竖直壁5B附近形成通道，固体通过连接这两个竖直壁的壁5进入分离器。
障碍装置可以包括多个交替的第二侧部隔板，这些第二侧部隔板中的一些与一竖直壁形成一体，另一些与相对的竖直壁形成一体。根据图1和图2中的示例，这些侧部偏向器为两个，其中一个4A与分隔室的竖直壁5A形成一体并在相对的竖直壁5B附近形成通道，另一个4B与分隔室的所述相对的竖直壁5B形成一体并在竖直壁5A附近形成通道。
根据本发明的重要的特征，第一隔板2在其基本竖直的面的至少一个上设置有流化气体喷射器E2，且优选地，两个竖直面均设置有这样的喷射器，该喷射器在第一隔板2的高度上分布。
第一分隔室1A的障碍装置还至少部分地设置有朝向第一隔板2的流化气体喷射器。根据优选且示出的实施例，第二侧部隔板4A在其面向第一隔板2的竖直面上设置有这些喷射器E4A。
通过第二隔板的这种布置，固体的路径在第一分隔室中延长而没有显著的分离器的堵塞。这在第一分隔室中提供了更好的固体分层。另外，在较大直径和密度的固体在第一隔板2下方通过前，设置在第一隔板2和相邻的第二隔板4A上的流化气体喷射器进一步增强了流化。
如专利FR 2850156中所述，这样的分离器特别地用于含碳材料燃烧设备，第一固体为金属氧化物颗粒，第二固体为含碳残渣，且流化气体主要包括蒸汽和/或二氧化碳。
在与还原反应器相联的第一旋流器的出口处，包括金属氧化物颗粒和含碳残渣的固体颗粒穿过虹吸管，然后穿过管道7被朝分离器1引导，该管道7可设置用于控制固体的流率的阀。另外，为了控制通过所述分隔室1A和1B之间的竖直隔板2的固体的流率，并为了产生用于保持固体的附加空间和调节分离器中固体的高度，使用图1中标记为V的V形阀，并将该阀定位在竖直隔板2下方。
通过流化，由含碳残渣形成的细小且轻的颗粒可以被分离并穿过竖直隔板2附近的排放口8重新引入还原反应器，而密度较大且粒大的金属氧化物颗粒被朝氧化反应器9传送，流化气体仍然可能穿过设置在第二分隔室1B上方的第二排放口10排出。
图3到图6中示出根据本发明的分离器的另一特征。
这里，分离器还包括堰，该堰包括连接第一隔板2和第二相邻隔板4A的壁11，并在分离器的较高部位中形成通道。在此堰处，第一隔板2在分离器的下部关闭以便形成一种排出井。此堰设置在所述排放口8下方，密度较小且粒小的固体从该排放口8溢出，根据具体的应用，所述密度较小且粒小的固体为含碳残渣。
确定排出壁11的高度h，以允许排出接近分离器中流化固体的表面的固体，在图4中可见所述高度h，并且该高度h小于流化固体的高度H。
在此排出井中也设置了与分离器的上部壁形成一体的隔板11A，且该隔板11A在分离器的底面处留出通道，以便提供压力补偿。
所述堰的布置保证了在分层的下游含碳残渣的理想分离，所述分层由设置有流化气体喷射器E的第一隔板2和第二隔板4提供。
在图7和图8中示出根据本发明的分离器的另一特征。
第一分隔室1A包括倾斜的底面12，该底面从位于壁5处的较高位置朝第一隔板2附近的较低位置延伸，在壁5处固体由入口管道7进入分离器。有利地，底面相对于水平面倾斜大于或等于10°的角度。
倾斜的底面12还可以设置由平行于底面12的倾斜方向的肋12A分隔的槽道12B，且这些肋12A可以设置流化气体喷射器，穿过相应的通风箱3A对这些喷射器进行供给。
这种底面布置改进了第一隔板2上游的较大直径和较大密度的固体的传输。
在图8A到图8C中示出这些肋的多个可选实施例。
根据图8A和图8B的可选实施例，每个肋12A包括一排朝上的喷射器E，每个肋在横向上包括如图8A中示出的一个喷射器或如图8B中所示的多个喷射器。
根据图8C中示出的可选方案，每个肋12A包括至少一个水平朝向且设置在肋的侧面上的喷射器E。
分离器还包括连接到其下部的提取器6。
在图9中示出可选的分离器布置1’，该分离器布置1’的不同之处仅在于其用于来自第二分隔室1B的氧化物颗粒的出口布置。
在此，这些固体通过向下朝向的排出管道11A排出，而不是直接排出到氧化反应器中。当反应器远离分离器1’时使用此实施例。
在图10中示出另一可选的分离器1”，该分离器1”与前一可选的分离器的不同之处仅在于用于固体的入口布置。
如专利FR 2850156中所述，上述分离器也可以直接安装成与用于燃烧含碳材料的设备的还原反应器R相联。
在这种情况下，分离器在入口处通过与前述管道7相同类型的管道连接在此反应器的底部，或者通过如图10中示出的共用的壁部与此反应器R形成一体。
这样，设有用于固体的入口的壁5具有与反应器R的截平的壁共用的部分5’，在该部分中设有用于反应器底部的固体通过的孔。

Claims (17)

1.一种用于分离第一固体和第二固体的固体分离器，第一固体的直径和密度大于第二固体的直径和密度，该分离器包括在分离器的下部形成通道的基本竖直的第一内部隔板(2)，该分离器在流化固体的通道上形成两个分隔室(1A、1B)，各个分隔室的流化由两个流化气体入口(3A、3B)独立控制，以便获得用于在第一分隔室(1A)中分离第一和第二固体并通过排放口(8)排出第二固体、以及将第一固体输送到第二分隔室(1B)的速度场，其特征在于，所述第一内部隔板(2)在其基本竖直的面中的至少一个上设置有流化气体喷射器(E2)；第一分隔室(1A)设置有内部障碍装置，该内部障碍装置使固体的路径偏转并至少局部设置有朝向所述第一内部隔板(2)的流化气体喷射器(E4A)。
2.根据上一权利要求所述的分离器，其特征在于，所述障碍装置包括至少一个第二侧部隔板(4A)，该隔板包括与分隔室的竖直壁(5A)形成一体的壁，并在相对的竖直壁(5B)附近形成通道，固体通过连接这两个竖直壁的壁(5)进入分离器中。
3.根据上一权利要求所述的分离器，其特征在于，所述第二侧部隔板(4A)在其面向所述第一内部隔板(2)的竖直面上设置有所述喷射器(E4A)。
4.根据上一权利要求所述的分离器，其特征在于，所述障碍装置包括多个交替的所述第二侧部隔板(4A、4B)，该第二侧部隔板中的一些与所述的竖直壁(5A)形成一体，其他的与相对的竖直壁(5B)形成一体。
5.根据前述权利要求中任一项所述的分离器，其特征在于，分离器包括堰，该堰包括连接所述第一内部隔板(2)和相邻的所述第二侧部隔板(4A)的壁(11)，并在分离器的较高部位形成通道。
6.根据上一权利要求所述的分离器，其特征在于，所述堰设置在所述排放口(8)下方。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的分离器，其特征在于，所述第一分隔室(1A)包括倾斜的底面(12)，该底面从固体进入分离器的壁(5)上的较高位置朝所述第一内部隔板(2)附近的较低位置延伸。
8.根据上一权利要求所述的分离器，其特征在于，所述倾斜的底面(12)设有平行于其倾斜方向的槽道(12B)。
9.根据上一权利要求所述的分离器，其特征在于，槽道(12B)之间的肋(12A)设有流化气体喷射器(E)。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的分离器，其特征在于，所述排放口(8)位于所述第一内部隔板(2)附近。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的分离器，其特征在于，所述分离器包括连接到其下部的提取器(6)。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的分离器，其特征在于，在所述第一内部隔板(2)下方设有V形阀(V)，以便控制在第一内部隔板下方经过的固体的流率。
13.一种用于燃烧含碳材料的设备的根据前述权利要求中任一项所述的分离器，所述含碳材料中的第一固体为氧化物颗粒，第二固体为含碳残渣。
14.根据上一权利要求所述的分离器，其特征在于，流化气体主要包括蒸汽和/或二氧化碳。
15.根据权利要求13或14所述的分离器，其特征在于，所述氧化物颗粒是金属氧化物颗粒。
16.一种用于燃烧含碳材料的设备，该设备包括根据权利要求13到15中任一项所述的分离器，其特征在于，所述分离器装配在与还原反应器(R)相连的旋流器出口处。
17.一种用于燃烧含碳材料的设备，该设备包括根据权利要求13到15中任一项所述的分离器，其特征在于，所述分离器直接装配在还原反应器(R)的出口处。
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