CN1042595A - 装有整体式再循环热交换器的流化床反应堆 - Google Patents

Abstract

一种流化床反应堆，其中，一个再循环热交换器紧靠反应堆的炉设置，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废气和夹带的细粒材料的混合物经分离后，废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堆及其操作方法，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堆及其操作方法。

流化床反应堆，如气体发生器、蒸汽发生器、燃烧器等，是众所周知的，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堆一般称为“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堆采用一种“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，或者通过流化床的废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分离气体和固体，从而使固体再循环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堆，尤其是循环流化床反应堆确实还存在若干问题。例如：在低压旋流器排放和反应堆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。在这些反应堆中，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。这使得炉出口废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。

鉴此，本发明的目的是提供一种能克服上述现有技术的缺点的流化床反应堆及其操作方法。

本发明还有下述目的：

提供上述种类的反应堆及其操作方法，其中在分离器和反应堆炉体之间无需气力输送装置;

提供上述种类的反应堆及其操作方法，其中反应堆炉体高度降低，在炉上部无需摩擦斜面;

提供上述种类的反应堆及其操作方法，其中，在炉的上部无需辐射过热器表面和/或再热器表面;

提供上述种类的反应堆及其操作方法，其中，实现了流化床的最佳温度;

为了实现上述目的，本发明的流化床反应堆包括一个热交换部分，它位于反应堆炉体部分附近，反应堆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废气及夹带的细粒材料被分离。废气被送往热回收区，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堆的示意图。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表示流化床反应堆，它包括一个炉体部分4，一个分离部分6和一个热回收区8。炉体部分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。

分离部分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的废气和夹带的细材料，并以传统的方式由分离器中产生的离心力分离废气中夹带的细粒材料。分离后的废气经过管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以及燃料节省器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的气体的路径中。过热器26、再热热器28和燃料节省器30都与从炉体部分10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和燃料节省器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管脚39。管脚39伸进一个较小的外壳40，外壳40设置在外壳10后壁的下部以便接收来自管脚39的细粒材料。一个空气分配器42设置在外壳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并进入外壳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外壳40的细粒材料溢流进外壳10的内部并进入流化床15。一排卸管52把烧过的细粒材料从外壳40中排出，一束热交换管54设置在外壳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后壁的下部与外壳40共用，因而也构成外壳40的前壁，显然，外壳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20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“废气”）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上部的废气夹带的细粒材料基本饱和。饱和的废气通过外壳10的上部，经管20排入旋流分离器18。在分离器18中，固体的细粒材料与废气分离并通过料斗18a，经由管脚39进入外壳40，清洁的废气从分离器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和燃料节省器30才从出口38排向外部设备。

在外壳40中。被分离的在空气分配器44上积累的固体的温度由通过管52循环的流体控制。这些固体从外壳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。经由强制通风室44和空气分配器42送入的空气使外壳40中的细粒材料流化，并阻止废气从外壳10通过通路48和管脚39沿和上述正常料流相反的方向回流到分离器18。

通过燃料节省器30把水送入蒸汽鼓，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和燃料节省器30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堆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 (7)

1、一种流化床燃烧系统，它包括：一个炉，炉壁的至少一部分装有水管；一个再循环热交换器，它位于上述炉附近，并与其共用一个壁，该共用壁装有上述水管，在上述炉和上述再循环热交换器中形成的流化床；接收来自上述炉中的流化床的废气及夹带的细料材料并将夹带的细粒材料与废气分离的装置；把上述被分离的废气输送到一热回收区的装置；把上述被分离的细粒材料送入上述再循环的热交换器中的流化床的装置；把上述再循环热交换器中的流化床中的材料输送到上述炉中的流化床的装置以及输送水通过上述水管以产生蒸汽的装置。

2、按照权利要求1所述的系统，其特征在于：所述再循环热交换器中的流化床的结构和布置可阻止废气沿着进入所述分离装置的细粒材料流方向相反的方向，从所述炉中的流化床流到所述的分离装置。

3、按照权利要求1所述的系统，其特征在于：所述再循环热交换器具有：一个由四壁，一个顶板和一个接收压缩空气的强制通风室包围起来的外壳，其中一壁是所述共用壁;以及一个在所述强制通风室和所述顶板之间的空气分配器，用来支承细粒材料流化床并分配来自所述强制通风室的空气使其通过所述流化床。

4、按照权利要求1所述的系统，其特征在于：该系统还具有安装在所述再循环热交换器中的内部热交换装置，用于把流体输送到所述再循环热交换器中的流化床以进行热交换，从而控制从所述再循环热交换器送往所述炉中的细粒材料的温度。

5、操作流化床反应堆的方法包括以下步骤：使炉中的可燃材料层流化;使水通过至少一部分炉壁上的水管;使可燃材料在上述炉附近的，与其使用一个共用壁的一个再循环热交换器中流化;从所述炉中的流化床排放废气和夹带的细粒材料;使所述夹带的材料从所述废气中分离出来;把分离后的废气送往一个热回收区，把分离的细粒材料送入所述再循环热交换器中的流化床;把所述再循环热交换器中的流化床材料送往所述炉中的流化床;以及输送水通过所述水管以产生蒸汽。

6、按照权利要求5所述的方法，其特征在于：还包括输送流体使其与所述再循环热交换器中的流化床产生热交换的步骤。

7、按照权利要求5所述的方法，其特征在于：还包括控制再循环热交换器中的流化床材料的温度的步骤。

Images