CN1017826B - 流化床反应器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种流化床反应器，其中，一个再循环热交换器紧靠反应器的炉设置，热交换器和炉中各有一流化床，并具有一个装有许多水管的共用壁。来自炉中的流化床的烟气和夹带的细粒材料的混合物经分离后，烟气被送往一个热交换区，细粒材料被送往再循环热交换器中的流化床。再循环热交换器中的流化床材料被送往炉中的流化床。在炉，再循环热交换器和热回收区中的热交换表面(包括炉壁上的水管)上产生蒸汽并使其过热和再热。

Description

本发明涉及一种流化床反应器及其操作方法，具体来说，涉及再循环热交换器与蒸汽发生器为整体式的反应器及其操作方法。

流化床反应器，如气体发生器、蒸汽发生器、燃烧器等，是从所周知的，在上述设备中，空气从含矿物燃料如煤以及吸附燃煤产生的硫的吸附剂的细粒材料层中通过，使该燃料层流化，促进燃料在较低温下燃烧。夹带的细粒固体在流化床外部被分离并再次送回流化床。流化床产生的热用于生产蒸汽等各种场合，具有释放热量大，硫的吸收率高，放出的氮氧化合物少以及可选用的燃料范围广等一系列优点。

最典型的流化床反应器一般称为“沸腾”流化床，其中的细粒料层具有较大的密度和很好限定了的或离散的上表面。

其它种类的流化床反应器采用一种“循环”流化床，其中流化床的密度大大低于典型的沸腾流化床，空气速度大于沸腾流化床，或者通过流化床的烟气夹带大量细粒并达到基本饱和态。

循环流化床的特征也在于：较高的固体循环率使其对于燃料放热的模式不敏感，这减小了温度变化，因而可稳定地在较低的水平放热。较高的固体循环率使气体和固体分离，从而使固体再循的机械装 置的效率得到提高，而且硫吸附剂和燃料停留时间的增加，降低了吸附剂和燃料的消耗。

但是上述两种流化床反应器，尤其是循环流化床反应器确实还存在若干问题。例如：在低压旋流器排放和反应器高压炉部分需要密封装置，如密封罐、虹吸密封或“L”阀，而且，被分离的细粒材料从旋流器向流化床炉的回送，必须通过重力斜槽或气力输送系统来完成。增设这些部分会增加系统的成本和复杂性。在这些反应器中，细粒材料从旋流器向流化床炉的回送也必须在相当准确的温度下进行。这就需要增加炉高或在炉的上部安装摩擦斜面以便把细粒材料在送回流化床前冷却到适当温度。这使得炉出口烟气需要冷却到下游对流热交换表面的效率可以适应的温度，而且由于热回收面需要全部安装再热和过热表面，因而需要额外的表面。另外，在旋流器出口和承受正压力的流化床炉的进口之间需要热膨胀接头，这也是一个显著的缺点。

本发明的目的是提供一种装有整体式再循环热交换器的流化床反应器及其操作方法。本发明还有下述目的：在所提供的上述流化床反应器中：分离器和反应器炉体间无需气力输送装置;反应器炉体高度降低，在炉上部无需摩擦斜面;在炉的上部无需辐射过热器表面和/或再热器表面;实现流化床的最佳温度。

为了实现上述目的，本发明的流化床反应器包括一个热交换部分，它位于反应器炉体部分附近，反应器这两部分都有一流化床并共 用一个装有许多水管的壁。来自炉体部分中的流化床的烟气及夹带的细粒材料被分离。烟气被送往热回收区，被分离的细粒材料被送往再循环热交换器。在再循环热交换器中的流化床材料被送往炉体中的流化床，锅炉的水通过壁管以生产蒸汽。

本说明书的附图是本发明的流化床反应器的示意图。现对照附图详述本发明的图示实施例以便进一步介绍本发明的目的，特征和优点。

在附图中，标号2表示流化床反应器，它包括一个炉4，一个分离装置6和一个热回收区8。炉4包括一个直立的外壳10和一个位于外壳下端的强制通风室12，它与外部气源相通。在外壳10下端和强制通风室12之间的交面设有空气分配器14，以便使来自强制通风室的压缩空气向上穿过外壳10。细粒材料的流化床15支承于空气分配器14之上，在外壳10的前壁设有一个或多个进口16，以便向流化床添加细粒材料，一根卸料管17与空气分配器14的开口对准以便从流化床15卸出烧过的细粒材料。细粒材料可以包括煤及较细的吸附剂颗粒如石灰石，以便以一种已知的方式吸附燃煤产生的硫。从强制通风室12来的空气使流化床15中的细粒材料流化。

外壳10的壁具有许多垂直分布的水管并设有使水通过水管以转变成蒸汽的流体管路系统（未画）。由于外壳10的壁的结构是传统式的，此处不再详述。

分离装置6具有一个或多个旋流分离器18，安装在外壳10附 近，管20使外壳10后壁上部的开口与分离器18上部的进口相连接。分离器18接收来自外壳10中的流化床15的烟气和夹带的细粒材料，并以传统的方式由分离器中产生的离心力分离烟气中夹带的细粒材料。分离后的烟气经过管22进入并通过热回收区8。

热回收区8包括外壳24，其中装有过热器26，再热器28以及省煤器30，这些装置都是由许多热交换管34构成的，这些热交换管34铺设在通过外壳24的烟气通道中。过热器26、再热器28和省煤器30都与从炉4的壁管铺设过来的流体回路相连以便进一步加热热水或蒸汽。显然，管34是以传统的方式成束设置的。

气体经过过热器26，再热器28和省煤器30之后，通过后壁上的出口38排出。

从分离器18来的分离出的固体进入与分离器下端相连的料斗18a，然后进入与料斗出口相连的进入管39。进入管39伸进一个再循环热交换器40，再循环热交换器40设置在外壳10后壁的下部以便接收来自进入管39的细粒材料。一个空气分配器42设置在再循环热交换器40下端并限定一个强制通风室44以便把来自外部气源的空气送入并通过气体分配器42并进入再循环热交换器40的内部。隔板46设置在外壳10后壁和强制通风室44之间，限定了一个对准外壳10后壁开口的通路以便使来自再循环热交换器40的细粒材料溢流进外壳10的内部并送入流化床15。一排卸管52把烧过的细粒材料从再循环热交换器40中排出，一束热交换管54设置在再 循环热交换器40中以便使冷却液如水通过外壳40的内部冷却空气分配器42上的细粒材料层。

根据本发明的一个技术特征，外壳10后壁的下部与再循环热交换器40共用，因而也构成再循环热交换器40的前壁，显然，再循环热交换器40的其余壁也装有水管，其方式与外壳10相同。

在操作过程中，细粒材料从进口16送入外壳10，按照需要，吸附剂也可以同样的方式送入。来自外部气源的压缩空气进入并通过强制通风室12，穿过空气分配器14，进入外壳10中的细粒材料流化床15，使细粒材料流化。

一个点火燃烧器（未画）或类似装置设置在外壳10中，引燃细粒材料。当细粒材料的温度达到较高水平时，再从进口16向外壳10中添加细粒材料。外壳10中的细粒材料受到炉体部分的热而自燃，空气和燃烧产生的气体混合物（下称“烟气”）向上通过外壳10并夹带着外壳中的较细材料。经过强制通风室12、穿过空气分配器14进入外壳10内的空气速度是按照外壳10中的细粒材料的粒度来确定的。因此，形成了循环流化床，也就是说，细粒材料被流化到可以夹带大量细粒材料的程度。因此，通过外壳10上部的烟气夹带的细粒材料基本饱和。饱和烟气通过外壳10的上部，经管20排入旋流分离器18。在分离器18中，固体的细粒材料与烟气分离并通过料斗18a，经由进入管39进入外壳40，清洁的烟气从分离器18经管22排入热回收区8，在外壳24中穿过时经过过热器26，再热器28和省煤器30 才从出口38排向外部设备。

在再循环热交换器40中，被分离的在空气分配装置44上积累的固体的温度由通过管52循环的流体控制。这些固体从再循环热交换器40溢流出来，经过通路48和外壳10后壁上的开口50进入流化床15，在那里与流化床上的固体混合。经由空气分配装置44和42送入的空气使再循环热交换器40中的细粒材料流化，并阻止烟气从外壳10通过通路48和进入管39沿和上述正常料流相反的方向回流到分离器18。

通过省煤器30把水送入汽包，然后通过炉体部分的壁与流化床15发生热交换并产生蒸汽。然后蒸汽通过流体回路（未画）送入在热回收区8中构成过热器26，再热器28的管束34。这样，蒸汽在排向外部设备如汽轮机之前从通过热回收区8的热气中进一步吸收了热量。

从前文中显然可以看出许多优点，这就是不再需要使用密封装置以及旋流分离器固体出口和反应器炉体部分之间的气力输送装置。同时可以降低炉体部分的高度，并且省去炉体部分上部中的摩擦斜面。在炉上部中的辐射过热器和/或再热器表面也可省去，因此提高了下游热交换器表面的效率，而且可以实现流化床的最佳温度。

Claims (6)

1、一种流化床反应器，包括一个炉(4)，一个安放在上述炉(4)中燃烧细粒材料的流化床(15)，一个位于上述炉(4)附近并与其共用一个壁的再循环热交换器(40)，接收来自上述炉中的流化床的烟气及夹带的细粒材料并将夹带的细粒材料烟气分离的分离装置(6)，将上述被分离的烟气输送至一热回收区(8)的装置，将上述被分离的细粒材料送至上述再循环热交换器(40)的装置，其特征在于：一放置在上述再循环热交换器(40)内的垂直隔板(46)将上述再循环热交换器(40)分隔成一个接收上述被分离的细粒材料的室和位于所述共用壁和所述室之间的垂直延伸的通路(48)，用于接收来自所述室的被分离的细粒材料，空气分配装置(42，44)将空气通过所述热交换器(40)内的所述被分离的细粒材料，使其流化，所述共用壁上有贯穿共用壁的开口，该开口与所述通路(48)的开口(50)对准，用于将来自所述通路(48)的所述被分离的细粒材料送到所述炉(4)中的流化床(15)，所述通路(48)中被分离的细粒材料的高度足以封挡来自炉(4)通过所述再循环热交换器进入所述分离装置(6)的回流。

2、按照权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于：所述分离装置（6）具有一根伸入所述再循环热交换器（40）所述室中被分离细粒材料中的进入管（39）。

3、按照权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于：在所述再循环热交换器（40）中还具有内部热交换装置（54），用于输送一种流体与所述再循环热交换器中的流化床实现热交换，以便控制从所述再循环热交换器（40）送往所述炉（4）的被分离细粒材料的温度。

4、操纵流化床反应器（2）的一种方法，包括以下步骤：使炉（4）中的可燃细粒材料层流化，使所述细粒材料燃烧从而从所述炉中的所述流化床放出烟气和所夹带的细粒材料的混合物，从所述烟气中分离所述夹带的细粒材料，将被分离出的烟气送至一热回收区，将被分离的细粒材料送再循环热交器（40）的一个接收室，所述再循环热交换器与所述炉（4）共用一个壁，其特征在于：在所述室中使所述被分离的细粒材料流化，将来自所述室（40）的所述被分离的细粒材料送至位于所述共用壁和所述室之间的一个垂直延伸的通路（48），该通路（48）是由一垂直隔板从所述室分出的，在所述通路（48）内的被分离的细粒材料的高度足以封挡来自所述炉通过所述再循环热交换器进入所述分离装置的回流，以及将在所述通路中的被分离的细粒材料送至所述炉（4）中的所述流化床。

5、按照权利要求4所述的方法，其特征在于：还包括输送一种流体使其与所述再循环热交换器（40）的所述室中的流化床实现热交换的步骤。

6、按照权利要求4所述的方法，其特征在于：还包括控制从所述再循环热交换器（40）送至所述炉（4）的被分离细粒材料的温度的步骤。

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