CN1016889B - 流化床燃烧反应器及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流化反应器(51)，该反应器由垂直燃烧室，废气排放管28和流化冷却床42组成。燃烧室有位于其底部52的引入液体和/或固体颗粒的第一入口9和位于第一入口下面引入流化气体的第二入口，废气管道位于燃烧室顶用以排放烟气，冷却床为由底壁和侧墙形成的向上开口的槽，以便接收一部分颗粒64，65，所述冷却床有象管子这样的热交换设备和流动的颗粒，管内有换热介质，冷却床至少有一根管道56，该管用于将冷却床内颗粒返回燃烧室内，其返回流量是可控制的。

Description

本发明涉及流化床燃烧反应器及其运行方法。本发明进一步涉及到颗粒材料的流态化冷却床。

流化床系统用于许多工业过程中，在其内固体颗粒与气体之间能获得良好接触，例如一种热交换，多相催化的反应及固体颗粒与气体之间的反应。流化床的原理可以简单地解释为固体颗粒受到下部引入的流化气体的影响，在一定的条件下使固体悬浮成流动性固体颗粒并保持其悬浮状态，但气流速度并不需高到除最小颗粒以外的单个颗粒都能被气流夹带走的程度。在这种情况下，分散的颗粒自由流动，但流动性颗粒呈现出一个上表面，而颗粒具有类似流体的性质，流化床也是由此而得名。很明显，流化床可使气体与固体颗粒间实现大面积接触。

目前，人们将流化床系统用于燃烧固体燃料系统中的兴趣很大。主要的好处是流化床系统适合于各种煤型和可获得相当好的热交换。这种系统中的流动颗粒含有象沙这样的中性颗粒，其中加入少量燃料。中性颗粒因燃烧而受热，在流化床内，循环与合适的热交换器表面接触将热量传递给热交换器。由辐射或气体对流传递给其它燃烧系统中常用热交换器的热量，在某种程度上来说，由颗粒流动所进行的换热来代替的，因而获得了较大的接触面积和增加了固体间的热交换，使得热交换系统（该系数与进行热交换的面积和温度差有关）高于气-固接触所得到的换热系数。

流化床燃烧系统可以严格地控制燃烧参数并使其尽可能地消除废气中某些不希望有的物质，如可方便地掺入床内的反应物，也可尽可能地充分燃烧，燃烧产物中影响环境的成份比起其它燃烧系统要少得多。可是，除有这些优点外，流化床燃烧反应器仍有其自身的缺点，这些缺点中值得注意的是流化床对流化气体的控制比其它燃烧系统更复杂，需延长起动周期，如达到3到10小时，这是由于要加热大量的颗粒的缘故。此外，流化床在部分负荷下运行要完全满意是困难的，调节负荷也很慢。

流化床燃烧系统的传统分类是根据流化气体速度进行分的，在所希望的气流速度范围内运行的流 化床反应器分别分为低速床和快速床。

低速床的特征是流化气体速度为1米/秒到3米/秒，这个速度的低限值由燃烧所需的氧气和流化颗粒所需的最低气速所确定。床内颗粒的密度相对高，并在合理的限度内为保持流化所需压力而使床相对浅。可是，床内燃料和气体的停留时间变得太短以致不能保证完全燃烧，因此，低速床燃烧效率不能满意，对废气的清洁的可能性很低。

快速床的特征是流化气体速度的范围大约3米/秒到12米/秒，而大部分床内颗粒由流化气体夹带并扬析重又回到床内，有时也把它叫作循环床，它没有一个明确的表面。它们的燃烧和废气清洁优于低速床，但缺点是需要辅助系统来分离废气内的颗粒和使颗粒重回床内。另一个缺点是所述颗粒和热交换表面的换热系数在较高的气速下，与低速床相比，要差些。

在过去几种设想付之实施之后使低速床和快速床的优点得到巩固。

US专利4111158（Reh    et    evl）公开了一种快速床燃烧反应器，床内进行燃烧，从废气中分离颗粒的旋风分离器和流化床冷却器，其中分离出的颗粒流到一个辅助的低速床内，从而颗粒将自身的热量换和散发给换热表面，上述的系统是很复杂和庞大的，这是所不希望，同时在设计时还要考虑所有传导和输送系统能经受800℃这样的燃烧温度。

美国专利4788919（Holmet    evl）公开了一种较紧凑的燃烧反应器，它包括一个中心燃烧室，燃烧室的底部有一气体入口，而其上部有一辅助气体入口，颗粒从该中心床中扬析出进入顶部空间，在中心流化床周围环绕地设有位于中心床上方的辅助流化床或流态化冷器床使进入顶部空间的颗粒落入辅助流化床内。辅助环形床为低速床，颗粒将其热量传给换热面，之后，借助于自身的重量流回中心流化床。

美国专利4594967（Wolowodiuk）公开了一具有主燃烧床、顶部空间和流态化冷却床的流化床燃烧反应器，冷却床的布置方式是使由主燃烧床内气流夹带的颗粒可进入顶部空间并落到颗粒冷却床内，其中颗粒通过螺旋形管并被冷却，颗粒又从冷却床流过一个阀门落到贮存室内，又从贮存室的底部通过另一个阀门返回主燃烧室。这种设计相当紧凑，但除了将颗粒输入贮存室内使得在冷却床内的部分冷却管不再由颗粒埋没，而达到部分地使用冷却床的可能性外，再要改变冷却段的各种面积关系将是不可能的。可是，当颗粒用于防止管子免遭废气腐蚀的目的和当位于流化流化颗粒最上表面的任一部分管子因颗粒向上喷射并以一定速度撞击管子而引起磨损的情况下，这种运行方式是相当不利的。该文献没有对控制颗粒流动的阀门设计予以考虑，而仅提到阀门可选择性地起作用。因而，就未表示连续的控制设备或使流过冷却床返回到燃烧室的颗粒流量保持恒定的设备。

提供的分离式流态化冷却床是对流化床燃烧系统所作的巨大的改进。可是，还存在一些实际问题，不能得到满意的解决。上述专利文献简单地提到的换热系统，若用于发电厂的，将由水预热器，也叫作省煤器;蒸发器，水在其内蒸发，和过热器组成，蒸汽在过热器内过热。这些换热系统在不同的温度下工作，因此，必须考虑热量转换的需要和应用的温度。另一个应考虑的因素是热交换系统也用于防止结构部件升温的目的。因此，在颗粒流化床燃烧系统中，大部分炉壁都装有换热系统。省煤器的工作温度相对低些，最好安置在废气管道内其它换热器之后。过热器工作温度最高，达500到530℃，通常大部分安装在流化床内，由于颗粒和换热面间较高的换热系数能将蒸汽加热到可能高的温度，而其一小部分在废气管内。应注意这个较大和较小部分应理解为较大部分换热量和较小的换热量而不是几何上的大部分和小部分。在流态化冷却床内，过热器受到一定程度防腐蚀和磨蚀的保护，而这些是高温下不利的因素。

通常，用蒸发管来冷却反应器壁，但因所需的蒸发器受热面积超过了反应器壁的面积，一段蒸发管安装在流态化冷却床内或废气管内并位于省煤器之前，或蒸发管段可安装在所有的那些地方。一旦燃烧反应器建成，自然就确定了各热交换表面的面积。

然而，各个热交换表面面积间的最合适的关系取决于所用燃料的种类，假如燃料中含有大量水或在废气中有大量蒸汽，理论上蒸发器的表面积应小于燃煤时的，含有大量水的或汽的燃料可能是象悬浮在水中煤粒那样的燃料或者象禾秆或木料这样的燃料，这种燃料因燃烧而使氢转变为水。假如将为燃煤而设计的燃烧反应器来烧禾秆，就必须减少流 过热交换表面的水流，但由此而使蒸发器上的温度不能接受。在部分负荷下工作也会出现类似问题。为使在部分负荷下运行，就要减少空气，而炉内温度要基本保持不变，因此辐射经反应器内壁上最终又传递给布置在壁内的蒸发管的热量没减少太多，蒸发管内的温度因减少了水流而趋向升高。然而，对应的问题，根据特殊情况，也可能产生，即，因负荷的减少使过热器温度升得太高，尤其是热交换器部分布置在废气管内，部分在流态化冷却床内。因此部分负荷运行，就减少流化气流，从而使与废气的热交换下降量超过流化床内热交换下降量。如上所述的，经常将过热器受热面大部分布置在流化床内，假如相当部分的蒸发器受热面布置在废气流内，过热器温度由于水量减少而升高太高。这里该注意的是流化床内的温度和燃烧室内的温度为使流化床在满负荷以及部分负荷下运行达到满意程度应保持在有限范围内。已有技术中实用的方法是在蒸发器管段和过热器前之间的合适处加水以保证管内温度保持在安全限度内，然而，上述的系统并不是最经济的系统。

现有技术的系统在部分负荷下运行，效率较低的一个原因是燃烧炉内大量颗粒并不是处于最佳状态。由于在部分负荷下运行，就要减少流化速度，床内密度由此而增加。为了达到预定的床内密度，因此要改变床内颗粒量。

本发明的目的是解决上述现有流化床燃烧反应器的不足。

本发明的另一个目的是提供一种流化床燃烧反应器，该反应器运行时的热交换率高于现有燃烧反应器。

本发明还有一个目的是提供了一种流化床燃烧反应器，该反应器能在比现有燃烧反应器更大的负荷范围下有效地运行。

本发明的这些目的通过下述的流态化冷却床，流化床燃烧反应器，以及流化床燃烧反应器的运行方法而达到的。

本发明的颗粒流态化冷却床，它包括：

一个适于托持颗粒材料的槽，它具有向上伸展的侧壁，基本封闭的底部，以及开放的上部，在上述底部至少有一个排放颗粒材料的开口，

其特征在于，上述槽包括有：

至少两个分开的热交换段，每段包括有热交换装置，该热交换装置包括有热交换管装置，它在管中传导一种热交换介质并适于和流动于其外表面的颗粒材料相接触，

在上述两热交换段的边界区，该处的颗粒未被流化，

在上述底部用于引入流化颗粒的气体至槽中的入口，上述入口包括有对应于上述至少两个热交换段的分开的入口。

用于控制流化气流通过每个分开的流化气入口进入上述槽内的分开的控制装置。

本发明的流化床燃烧反应器，它包括：

具有一个上部和一个下部的基本垂直的燃烧室，

一个在上述下部的第一入口用于引入至少液体和固体颗粒二者之一，

一个在上述第一入口之下的第二入口用于引入流化气体以流化燃烧反应器内的颗粒材料从而保持一个主流化床，

一个在上述上部的废气管用于从燃烧反应器排出废气和颗粒材料，其特征在于，它还包括：

一个流态化冷却床，它具有，

一个槽，具有侧壁，基本封闭的底部，和位置相对于上述燃烧室的开放的顶部，用于从燃烧室上部收集一部分颗粒材料入上述槽，以及至少一个供颗粒材料从流态化冷却床受控地返回主流化床的管道，

上述槽具有至少两个分开的热交换段，每个段包括有热交换装置，该装置有热交换管装置，它在管中传导一种热交换介质并适于和流动于其外表面的颗粒材料相接触，

在上述底部用于引入气体至上述槽内以流化上述槽内的颗粒材料的入口，上述入口包括有对应于上述至少两个热交换段的分开的入口，以及

用于控制通过每个分开的流化气入口进入上述槽内的流化气流的分开的控制装置。

根据本发明的分段性大体上将冷却床分成几个分段或分区，流化气体引入冷却床内。流态化冷却床的各分段并不一定要用具体的隔墙来分开。在这种情况下并不需要用具体隔墙来分界，从而界面区存在但不能清楚地指明其中的某一分段。然而，各分段在运行时，可分别进行控制，界面并不明显但对此无影响。

本发明利用了这样的发现，即通过控制流化气体速度能有利地控制热交换。在流化颗粒和热交换表面间热交换系数取决于流化气体速度，因为，热交换系数从静态床时的某一初始开始提高直到一已知的流化速度而使热交换系数达到最大值，这个已知速度有时称为最佳流化速度，之后，随流化气体速度进一步增加，系数反而缓慢下降。

本发明的热交换管被分成与流化段相应的几个分段。使每个管段在整个长度上以基本均匀的负荷运是有利的，尤其避免了沿管长度温度逐步升高。通过利用将过热器布置在一个分段，蒸发器布置在另一分段内的这种分段法，每个段内传递的热量可通过控制流化气体速度而分别予以控制，这样在各种运行情况下能达到最佳热交换条件，这些情况包括部分负荷运行和用各种煤型运行。

流化气体量应该总保持高于流化开始时所确定的限度。流化导致了冷却器内不断的搅拌和颗粒混合，因此颗粒排放口实际上可以布置在冷却器底壁的任何地方。

本发明的优先实施例是在每段内至少设置一个排放孔和在每个排放孔上设置颗粒排放流量控制设备。

另一个优先实施例是由分界区分段，而分界区不流化。

这样因形成了一个非流化颗粒的“壁”而将各分段地分开了，以便尽可能地或完全地避免各段之间的相互混合，从而每段内的热交换可以在各段以不同运行状态运行的情况下受到控制，例如在一段内的热交换量可通过将该段内流化气体速度下降到最小而大大地被减少，而最小的气体速度正好能流化颗粒。在正常运行下，受热颗粒将掉入整个流态化冷却床内，并且在该段内颗粒积聚到一定高度直到“壁”将开始慢慢地和匀速地滑入邻近分段内，因邻近段内的颗粒高度较低，因此，从第一段内传来的颗粒将热量转换给布置在其内的管上。可以理解只要简单地控制阀门就可选择不同的运行状态，如，第一运行状态，其中颗粒均匀地落到冷却床上，即，并行下落整个两段冷却床，第二种运行状态，其中一部分颗粒连续地从第一段内跑到第二段内，第三种运行状态，其中一部分颗粒连续不断地从第二分段跑到第一分段内。

本发明的另一个优先实施例是将流态化冷却床分成三个分段，其中第一段内安装蒸发管，第二段安装过热器管，第三段贮存颗粒，而不冷却表面。这里提供了一个贮存部分颗粒的简单设备，以使在流化床内实际使用的颗粒量可受到调节并提供一个辅助设备使颗粒用量达到最佳并保持这个运行条件。此外，有可能使颗粒通过贮存段再循环回到主流化床而颗粒未变冷，在起动期间，为使颗粒尽可能快地达到运行温度，这样的布置是很有利的，同样，在燃烧所需的颗粒量超过要求通过热交换表面的颗粒量的情况下也是有利的。

本发明还提供使流化床燃烧反应器按所要求的运行方式运行流化床反应器的方法，这种方法包括：

提供一个具有一个下部和一个上部的流化床燃烧反应器，

将颗粒材料引入上述燃烧反应器的上述下部，

将流化气体引入上述燃烧反应器的上述下部，其状态和速度足以夹带一部分颗粒材料于其中，并将该夹带的颗粒材料向上带至上述燃烧反应器的上述上部，

其特征在于，

提供一个槽，该模具有侧壁，一个基本上封闭的底部和一个与燃烧室内部连通的开放的顶部，该槽内至少有两段，

从燃烧反应器将一部分上述被夹带的颗粒材料收集入上述槽中，

在上述槽中设有热交换装置，

向上述槽引入流化气体以流化收集在槽中的颗粒材料，在上述槽中流化颗粒材料和上述热交换装置之间进行热交换，

将上述槽中的上述颗粒材料送回至上述燃烧反应的上述下部，

通过控制流化气体的进入气流和在槽的每一个段内的上述颗粒材料的排放此二者中至少一个来控制上述槽的上述至少两个段的每一个内分别的热交换速率。用这种方法，可实现上述的好处。

本发明的其它目的、特征和优点在下面参考附图描述的优先实施例中得以体现。

图1表示了本发明流化床反应器的垂直截面图。

图2表示了图1中Ⅱ-Ⅱ线的水平截面图。

图3是本发明流化床燃烧反应器另一实施例的 垂直截面图。

图4是图3中Ⅳ-Ⅳ线的水平截面图。

图5是沿图4中Ⅴ-Ⅴ线剖开的本发明另一实施例的颗粒冷却器的垂直部分示意图。

图6类似于图5，但它表示了本发明的又一改进了的颗粒冷却床。

所有附图中相同的或类似的部件由相同的附图标记来表示

现在，参考图1，它表示了一个由壁3围成的底室2和设置在其上的顶室4组成的燃烧反应器1。底腔2位于其底部，反应器的底端设有在需要时排放颗粒的带机械阀23的出口10。在出口10上预定距离处是集气管22、风嘴帽或带引入空气或流化气体喷嘴的通气室。在低于集气管22的区域内，颗粒处于非流化态，除非那里设有其它流化设备，但颗粒在机械阀23打开时可借助于自身重量的影响向下滑到出口10处。颗粒材料，可以由燃料、象混有其他杂质的合适反应物这样的中性颗粒等组成，并通过入口9加入反应器内，还在某个位置提供了辅助空气入口11，因而在燃烧反应器的底部可以保持为低速床而在辅助空气入口上方保持快速床。固体颗粒由空气扬析并夹带入顶室，在该室内，因顶部截面变大而使气流速度下降，从而使颗粒流向两侧并从那儿落下。顶室装有供烟气流动的废气管28，为了减少由烟气带出的颗粒，而在废气管内设置了折流板或导流板（未表示）。废气管将烟气导入旋风分离器以进一步分离出烟气中的固体颗粒。烟气通过管16排出旋风分离器15，而分离出的固体颗粒在旋风分离器底部17排出并通过管20回到流化燃烧反应器合适的地方。旋风分离器还设置低位出口19，颗粒可从该出口排出而不再循环，分离器上的所有出口都装有控制阀18，允许完全地控制颗粒流量。粒料从主流化床向上运动进入顶室，而较大部分向两侧落下而掉在辅助流化床30或由壁3围绕方主流化床29形成的流态化冷却床内。辅助流化床30内的颗粒由通气室内的喷嘴12喷出的气体或空气被又一次流化。辅助流化床内装有换热管2用来冷却颗粒。辅助流化床内的颗粒可向下流过管子或下降管5并经过控制阀6回到主流化床内。辅助流化床30有一引入合适反应物的入口8。离开旋风分离器的烟气余热可通过在烟气流过的通道内设置象蒸发器26和预热器或省煤器27这样的设备来回收。

现在参考图2，该图表示了图1中Ⅱ-Ⅱ的水平截面图，表明了如何将辅助流化床30分成三个分段31、32和33，蒸发器段为31，预热器段为32，贮存段为33。这几段是由径向隔墙13分开的，每段都设有将颗粒返回到主流化床内的下降管。图表示了蒸发段内和过热段内的换热管21。这三个分段都有流化气体喷嘴，而有可能用贮存段内流化喷嘴来分配粒料，在那种情况下，粒料是靠重力向下流过下降管的。

如图左边所示，在流态化冷却床的各段之间的隔墙13的顶边低于分离冷却床与主流化床的壁3的顶边，这是为了使颗粒流过整个隔墙进入邻近的分段。

实际的流态化冷却床，蒸发器段为150°范围，过热器段为120°范围，贮存段为90°范围，但很明显这些尺寸和形状是可以修改的。

这些设备在各种情况下运行所显示的优点从下面的描述中就可以理解、假定燃烧反应器是在部分负荷的情况下运行，由于床内高密度，实际循环的颗粒量必须相当多。这只要简单地减少贮存段内的颗粒量就可完成，即，将贮存段的下降管5上的控制阀完全打开，为了使辅助床的贮存段内的密度保持尽可能低的程度，也将控制进入贮存段的流化气体阀14完全打开。蒸发段和过热段内颗粒因流化气体的流动而得到了流化，并保持根据获得足够换热量的要求确定的最小状态。对于平均颗粒直径为160μm量级的情况下使流化气体速度接近5cm/S是合理的。为了避免腐蚀和磨损，蒸发段内和过热段内的颗粒量应保持足够量来完全地覆盖换热面。通过控制颗粒流量和流化气体速度就可能将每个冷却段内的热交换量调整到较合适的程度。

假如燃烧炉在满负荷下运行，流化床内颗粒密度较低，因此实际循环的颗粒量也一定较少，这是为了获得最佳燃烧效果。将贮存段的出口阀6关闭或关小和将引入该段的流化气体控制阀14也关闭或关小，以便将流化床内循环的颗粒减去要求的量并将其贮存在贮存段而实现了上述目的。很明显，当在满负荷及部分负荷下运行可获得高效燃烧，并这种燃烧炉在低负荷下运行比现有的流化床反应器经济可行。

流量控制设备和减少循环中一部分颗粒或重新 引入的设备使得调节负荷或完成起动比现有的炉子快。

现在参考图3，该图表示了本发明优先实施例的流化床燃烧反应器的垂直面。该燃烧反应器51，如图所示，由壁53确定的底室52和设置在底室上的顶室54组成。在底室52的底部设有带机械阀63的排放口50，如需要，可从该口中排掉颗粒和灰。

在离底部出口50上面一定距离处，设置一集气管或带喷射流化气体喷嘴的通气室22。在底于管气管22的区域内的颗粒处于非流化态，除非那里有流化设备，但当阀63打开时，颗粒因其自身重量滑到排放口50。

图3中的燃烧反应器类似于图1中的，该燃烧反应器51装有引入颗粒的进口管9，颗粒可由燃料、中性粒子、混入杂质的合适反应物等组成。另外，还设置了一个辅助空气入口11，使得床内底部在低速床下运行，而类似图1实施例，辅助空气入口11上面以快速床运行。为了加入象燃料、中性颗粒，混有杂质的反应物这样的颗料，在辅助空气入口上方设置了上部入口66，从而，就有可能选择在各个不同高度加入颗粒。

鼓风机中的压缩空气经流化喷嘴喷出，每个鼓风机有控制其风力的设备，并用标号4.5表示。以足够强的风力射出的流化气体将固体颗粒悬浮起来并由气体夹带到达顶室，然后气流被折流板41导向侧面。由于顶室的横截面大于燃烧反应器底室的，因此，气流速度在顶室内减少，并绕流过折流板进入废气管道成为烟气。由于气流速度在顶室内减小和气流方向的改变，使得由气流夹带的大部分颗粒掉落到顶室下的颗粒冷却床42内。

废气从废气管28中流入旋风分离器15，从而进一步将废气中的颗粒分离出来。然后，气体流出旋风分离器并通过管道16进一步流过冷却面，如蒸发管26，预热器或省煤器27和空气预热器25。从废气中分离出的颗粒从旋风分离器底部流出，并向下流过下除管67，重新被引入主燃烧51。

掉在颗粒冷却床42内颗粒向下运动，其运动方式将在下面作详细说明，并流过下降管56返回引入主燃烧反应器51的颗粒内。如图3所示，颗粒冷却床装有可控鼓风机，通过管道46由流化喷嘴向颗粒冷却床内鼓流化气体，以便流化冷却床42内的大量颗粒，冷却床内颗粒上表面用73表示。

现在参考图4，该图表示了图3燃烧炉的Ⅳ-Ⅳ线的平面图。如图4所示，燃烧反应器基本上为矩形的，颗粒冷却床也基本是矩形的，并靠近燃烧反应器并行设置。颗粒冷却床由底壁68和侧墙69组成。如图所示，颗粒冷却床内布置了两组盘形冷却管，所述的两组管分别为蒸发盘管43和过热盘管44。在这些盘管内的水和/或蒸汽的流量可分别受到控制。在冷却床42内，底壁上开设颗粒排出口70、71。开口70使过热段内的颗粒从下降管55流下，而开口71使蒸发段内的颗粒从下降管流下。颗粒冷却床42内两段之间的分界线由阴影线72表示。如剖视图所示，两根下降管与燃烧反应相联通，以使从下降管内流出的颗粒可被再新引入流床反应器内。

图3中，仅为其中的一根管，即，蒸发段的下降管56，为L形，该管垂直部分较长而位于底部的水平部分较短。过热段下降管55的形状与前相似。如图3所示，通过管46与鼓风机45相联的空气喷嘴安装在下降管底端，鼓风机带有控制设备。在正常运行期间，下降管内充满了颗粒，管内颗粒的高度直到超过冷却床内的盘管。喷嘴57的鼓风将颗粒从下降管的水平段带入流化床反应器内，而这种方式的鼓风阻力较小。下降管内堆积颗粒的压力通常都很高而使其难以流化，相反地颗粒可靠其重力慢慢下滑，下滑量与底部排出的量成正比。发明人已发现有可能通过控制气体喷嘴喷出的空气来控制进入流化床反应器内颗粒量，以使用很方便的方法将带喷嘴的装置当作控制返回流化床内颗粒数量的阀门。

可以理解，与冷却床的过热段相通的另一根下降管带有一个类似空气喷嘴47（如图5和图6）并以相同方式运行。此外，旋风分离器上的颗粒返回管同样装有空气喷嘴，并通过相应的空气管46与可控鼓风机相联，以使从分离器底部返回流化床的颗粒量用上述相同的方式来控制。

现在参考图5，该图表示了带过热器段下降管55、蒸发器段下降管56、过热器段下降管上的空气喷嘴47和蒸发器段下降管上的空气喷嘴57的冷却床42的垂直面。为了便于理解，下降管下端 的水平部分象图5和6那样转到了侧面，虽然，这些水平部分实际上是垂直图5、图6的平面，只要参考图4就可理解。

图5表示了由底壁68和与冷却管21构成一体的侧墙组成的冷却床截面，冷却床允许墙壁的温度保持在可接受的限度。该图进一步表示了盘形蒸发器管43和两组盘形过热器管44，上述前者布置在图5冷却床的左侧部分，其中一组过热管布置在图5冷却床的右侧部分，另一组布置在冷却床的左侧蒸发管43的下方。为简便起见，将冷却床截面表示成过热器段和蒸发器段，尽管蒸发器段内还有过热器管。在冷却床底壁68下方的鼓风机通过空气管46分别与过热器段的流化喷嘴60和蒸发器段流化喷嘴相联。通过如此设置的两个鼓风机，可以分别控制两段内的流化，如发明人发现的那样，流化气体基本上垂直向上流过大量的颗粒。在图上用标记表示了流化喷嘴，当冷却床装有大量喷嘴时，这些喷嘴均匀地遍布在冷却床底部，但除去中间部分，即沿阴影分段线区域，该区域内喷嘴被省掉了。

图5表示了流化的颗粒范围64，但有一部分颗粒未被流化。参考图3和图4就了解到，在流化床正常运行期间，颗粒冷却床连续地接受热的颗粒并基本遍布整个冷却床表面。图1表示了一种运行情况，这种运行，两段冷却床42内颗粒高度不等。这可能是运行时，由空气喷嘴47吹入过热器段下降管内空气超过空气喷嘴吹入蒸发器段下降管内的空气。因此从过热器段排出的颗粒量较多些。两段内颗粒的高度差，使未流化颗粒65的“壁”缓慢地向图中右侧滑动。因而当这些颗粒滑入流化喷嘴上方的范围内时，自然逐渐地被流化。在每段内，流化气体搅动和使颗粒循环，而两段间的未流化颗粒65的壁仍将其保持分离，使得能实现单向坡面和控制穿过阴影线的流量，如相互间的净颗粒交换和净热交换。在图示的运行情况下，因蒸发管周围的颗粒量少，使蒸发管的换热量也少，相反，过热器管周围的颗粒较多，使过热器的热交换量也较多。为使换热量的差别更大，可通过空气喷嘴60向过热器段喷入更多的流化气体而剧烈地搅拌该段内颗粒，降低由蒸发器段喷嘴61喷入的流化气体直到刚好流化该段内颗粒。在这种流动情况下，蒸发器管的热交换系数是很低的，从而就使传递给蒸发器管的热量减少。

从图5和上面的描述中，很明显可得到启示，即可选择较好的运行状态，如蒸发器管的换热量较多或在两段内具有相同流和相同换热率。

现在参考图6，该图表示了本发明冷却床的另一个优先实施例。图6中的大部分部件类似于图5中的，但图6实施例72设置一段隔墙62。与冷却床侧墙相比，隔墙62低于侧墙，使得万一两段内颗粒高度不等，就能让颗粒流过隔墙62，很显然，隔墙上面的区域内颗粒为非流化态的颗粒65。图6实施例的所有其它设备与图5中的相同，对这些设备的说明就可参考上述图5的描述。可以理解采用图6中的分离两段的方法使两段内颗粒间的热交换被减少。

尽管对本发明的各个不同实施例作了说明和详细的描述，但本发明本不限于这些结构和公开的实施例和各种合适的方式，该领域的技术人员可对本发明作一些改进，但这些改进和应用并不脱离本发明的构思和范围。

Claims (19)

1、一种流化床燃烧反应器，它包括：

具有一个上部和一个下部的基本垂直的燃烧室，

一个在上述下部的第一入口用于引入至少液体和固体颗粒二者之一，

一个在上述第一入口之下的第二入口用于引入流化气体以流化燃烧反应器内的颗粒材料从而保持一个主流化床，

一个在上述上部的废气管用于从燃烧反应器排出废气和颗粒材料，

其特征在于，它还包括：

一个流态化冷却床，它具有，

一个槽，具有侧壁，基本封闭的底部，和位置相对于上述燃烧室的开放的顶部，用于从燃烧室上部收集一部分颗粒材料入上述槽，以及至少一个供颗粒材料从流态化冷却床受控制地返回主流化床的管道，

上述槽具有至少两个分开的热交换段，每个段包括有热交换装置，该装置有热交换管装置，它在管中传导一种热交换介质并适于和流动于其外表面的颗粒材料相接触，

在上述底部用于引入气体至上述槽内以流化上述槽内的颗粒材料的入口，上述入口包括有对应于上述至少两个热交换段的分开的入口，以及

用于控制流化气流通过每个分开的流化气入口进入上述槽内的分开的控制装置。

2、根据权利要求1所述的燃烧反应器，其特征在于，在每一个分开的热交换段的槽底部至少设有一个颗粒排放口，每个排放口设有控制通过该口的颗粒排放流的装置。

3、根据权利要求1或2所述的燃烧反应器，其特征在于，在热交换段之间有一个区域，在该区域的颗粒材料不被流化。

4、根据权利要求3所述的燃烧反应器，其特征在于，在上述冷却床两热交换段之间设有隔墙，隔墙的顶端低于冷却槽的侧壁的顶端，使得颗粒材料可以从一个热交换段流过隔墙的顶端进入相邻的热交换段。

5、根据权利要求1所述的燃烧反应器，其特征在于，在上述槽中设有三个热交换段，每个热交换段在槽的底部设有入口以引入流化气体并设有开口以便从底部排放颗粒材料，热交换段中至少有两个设有热交换管装置，而在第三段则不设热交换管装置。

6、根据权利要求1所述的燃烧反应器，其特征在于，在槽的侧壁和/或底墙中设有冷却管。

7、根据权利要求1所述的燃烧反应器，其特征在于，从冷却床内排放颗粒材料的至少一个开口与返回管连通，颗粒材料在其内可以只靠自重移动，返回管有一个下端与燃烧室相通，在该下端附近设有控制喷入返回管的气体量的装置。

8、根据权利要求1所述的燃烧反应器，其特征在于，燃烧室的截面为矩形，冷却床的截面也是矩形，冷却床靠近燃烧室并在其一侧，冷却床的一侧与燃烧室各侧中的一侧平行。

9、根据权利要求1所述的燃烧反应器，其特征在于，燃烧室的截面为圆形，冷却床的截面为环形，围绕燃烧室布置，冷却床内热交换段之间的分界线大致沿燃烧室的径向伸展。

10、根据权利要求1所述的燃烧反应器，其特征在于，上述流态化冷却床的上述槽包括有一个位于上述两热交换段之间其内的颗粒材料未被流化的边界区。

11、根据权利要求10所述的燃烧反应器，其特征在于，在两个热交换段之间的边界区上设有隔墙，隔墙的顶端低于槽的侧壁的顶端，使得颗粒材料可以从一个热交换段流过隔墙的顶端进入相邻的热交换段。

12、根据权利要求10或11所述的燃烧反应器，其特征在于，上述槽至少包括三个分开的热交换段，其中两段设有热交换管装置用于在管中传导一种热交换介质并适于和流动于其外表面的颗粒材料相接触，在第三热交换段不设热交换管装置。

13、根据权利要求10或11所述的燃烧反应器，其特征在于，在每一个分开的热交换段的槽底部至少设有一个颗粒排放口，每个排放口设有控制通过该口的颗粒排放流的装置。

14、根据权利要求10或11所述的燃烧反应器，其特征在于，在槽的侧壁和/或底墙内设有冷却管。

15、一种为实施权利要求1所述流化床燃烧反应器的运行方法，它包括：

提供一个具有一个下部和一个上部的流化床燃烧反应器，

将颗粒材料引入上述燃烧反应器的上述下部，

将流化气体引入上述燃烧反应器的上述下部，其状态和速度足以夹带一部分颗粒材料于其中，并将该夹带的颗粒材料向上带至上述燃烧反应器的上述上部，

其特征在于，

提供一个槽，该槽具有侧壁，一个基本上封闭的底部和一个与燃烧室内部连通的开放的顶部，该槽内至少有两段，

从燃烧反应器将一部分上述被夹带的颗粒材料收集入上述槽中，

在上述槽中设有热交换装置，

向上述槽引入流化气体以流化收集在槽中的颗粒材料，在上述槽中流化颗粒材料和上述热交换装置之间进行热交换，

将上述槽中的上述颗粒材料送回至上述燃烧反应器的上述下部，

通过控制流化气体的进入气流和在槽的每一个段内的上述颗粒材料的排放此二者中至少一个来控制上述槽的上述至少两个段的每一个内分别的热交换速率。

16、根据权利要求15所述的方法，其特征在于，上述对颗粒材料排放的控制包括将颗粒材料从上述槽的一个上述的段流到上述槽的一个相邻段。

17、根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，

上述提供热交换装置包括在上述槽的至少一个段内设立至少一个蒸发器区域和在上述槽的至少一个段内设立至少一个过热器区域，以及

上述控制热交换速率包括分别控制对上述至少一个蒸发器区域和上述至少一个过热器区域的热交换。

18、根据权利要求15或16所述的方法，其特征在于，上述控制热交换的速率包括控制进入上述槽的至少一个段内的流化气体的流量，以控制上述颗粒材料和上述热交换装置之间接触的热交换系数。

19、根据权利要求15所述的方法，其特征在于，上述将上述颗粒材料从上述槽送回上述燃烧反应器包括使颗粒材料通过从上述槽的分别段导至上述反应器的下部的分别排放口送回，从每个上述段流出的颗粒材料排放流为分别受控制。

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