CN106604776A - 流化床反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流化床反应器，其包含反应室和与所述反应室具有公共壁的离心分离器。

Description

流化床反应器
技术领域
本发明涉及一种包括反应室(反应器室)和相关联的分离器(旋风分离器)的流化床反应器。
背景技术
长期已知的是设计成燃烧器、焚烧反应器、锅炉、气化炉、蒸汽发生器等的流化床反应器，并且公开于如文件US 5,203,284 和文件US 6,802,890 B2中。
流化床布置在反应器的对应的反应室中，且主要由格栅、炉排或在上面放置焚烧炉装料的多孔板限定。当空气流流经所述支撑构件(炉排等)的开口时，微粒焚烧炉装料被流化。这给予燃料材料沸腾液体的特性。充气的燃料材料允许促进焚烧过程和有效性。
由于大多数所述燃料材料如煤、木材等含有硫和/或有害物质，因此有必要以合适的方式清洁离开反应室的气体。
文件US 5,203,284和文件US 6,802,890两者涉及带有相关联的离心分离器组件的流化床反应器，以从所述反应室所释放的气体中分离出固体颗粒。
文件US 5,203,284的分离器的特征在于圆形横截面的圆柱形形状以及在反应器与分离器之间的管道状桥。圆形横截面允许有利的颗粒分离，但需要大量的空间。
根据文件US 6,802,890 B1，使用离心分离器组件，其特征在于多角形状，其中，相邻壁区段之间的角度超过90度。角部区域在内侧上由耐火衬里包围。这种构造允许使用反应器壁的一部分作为分离器的一个壁区段，并因此减少所需的空间，但是需要额外的构造工作，并因此增加了成本。
就此而言，存在对关于气体净化(颗粒分离)和构造的进一步改进的持续的需求。
发明内容
本发明基于以下发现：
使气体净化更有效率的一个决定性方面导致流化床反应器的那部分，即在该处燃烧气体离开反应室并进入到相关的气体净化器中(气体分离器)。
流化(充气)的焚烧炉装料通常延伸超过燃烧室相当的高度，在许多情况下超过所述高度的至少75%，通常接近100%。
由此得出，反应室(焚烧空间)和相关的反应器设施(如气体/固体分离器)之间的过渡区域的特征在于至少两个参数，即：
- 该过渡在燃烧室的上部分中进行，即或多或少与在其下端处的反应器格栅/炉排相对。
- 存在从反应室到相关气体处理仪器中的直接溢流。
在广泛的尝试和试验期间意识到，对反应室内的燃烧气体直接在用于所述气体的排气口之前的引导具有以下效果：
- 气流在进入气体净化设备之前接收限定的流动方向和恒定速度。
- 与现有技术的设备相比，在反应室的气体排出口前方引导工具的布置允许将连续气体净化设备布置得更靠近反应室，且因此允许流化床反应器总体上构造得更加紧凑。
根据本发明的第一方面，气流在反应室内、即在通道状的引导构件中聚集，该引导构件从反应室壁排气开口伸出至反应室中。根据所述通道的尺寸、横截面和取向，对应的气流可以优化的方式被引导到随后的分离器组件中。
第二个重要的方面是在进入分离器(在通道之后)后并沿着随后入口区段对气流(包括固体颗粒)的引导。在平滑且连续的气体流动情况下，分离器可实现最佳分离结果。平滑和连续是指气体流动不被在分离器内部、特别是沿着分离器内表面的任何伸出、安装、偏差等中断和/或偏移。这包括避免分离器内壁表面轮廓的显著变化，且将在下文中更详细地描述。就此而言，弯曲的入口区段和因此用于通道之后的气体的弯曲的边界壁是有利的。
这两个程序方面与结构方面不同，以限制设备的尺寸。这可通过设计带有公共壁的分离器和反应器室来实现。其可以是弯曲壁，或是平面壁。在弯曲壁的情况中，其应当等同于入口区段的曲率，即关于于分离器的内部是凸的。公共壁允许避免反应器与分离器之间的任何空间并且节省材料成本。
在其最普遍的实施方案中，本发明限定为：
a) 其上部带有至少一个排气口的反应器室，
b) 该排气口设计成通道，允许从反应室中排出的气体与固体颗粒的混合物进入相关联的离心分离器中，
c) 该离心分离器是圆柱形且以外镶板，用于经净化的气体的在其顶端的第一出口，和用于固体颗粒的在其底端的第二出口为特征，
d) 该通道包括竖直延伸的外侧壁，竖直延伸的内侧壁，水平延伸的底壁，和水平延伸的顶壁，
e) 该通道的外侧壁连续延伸进入分离器的外镶板的入口区段中，
f) 所述入口区段连续延伸进入外镶板的第一弯曲区段，所述第一弯曲区段至少设置在通道的轴向投影中，
g) 继所述第一弯曲区段之后是镶板的一个或多个另外的区段，这些区段终止于通道的内侧壁处，其中，
h) 至少一个另外的区段形成与反应器室的公共壁。
只要分离器具有圆柱形形状的特征，那么这便限定了一般的形状，而精确的内、外表面取决于根据本发明的具体设计。
第一弯曲区段跟随入口区段，气体沿该入口区段进入分离器。该第一弯曲区段尤其重要，因为其特征性地影响分离器内另外的气流(气体路径)并因此影响分离效率。重要的是，入口区段连续延伸到所述第一弯曲区段中，这意味着连续的、不间断的稳定的气体流动是可能的；换句话说：平滑的气流能被引发，其然后在其通向分离器出口的路线上行进到循环流动中。虽然入口区段或多或少可以是平面的，或者像渐开线那样轻微弯曲，但第一弯曲区段将气体流动转变成围绕旋风分离器(分离器)中心纵向轴线的旋转运动。第一弯曲区段可沿着60至150度延伸，连同可选的最小角度为70°,75°,80°,90°，并且可选的最大角度为100°,110°或115°。
由此得出，该通道优选布置成“切向”于分离器，并且/或者所述随后的第一弯曲区段关于所述纵向轴线以特定角度顺着延伸。
这种偏心通道设施提供了另外的空间，以容许分离器与反应器之间的公共壁，并且减少了整个设施所需的整体空间。
流化床反应器可以通过以下特征中的一个或多个改变：
- 在典型的工业流化床反应器中，通道长度，即表示通道伸出至反应室中的长度，可为至少3m，其特在于以下数据：
高度：30-60
宽度：15-40
深度：15-40
容量范围：100-600 MW(电气)
分离器：2-8
- 在其他应用中，通道数据可以在以下范围内：长度(水平)：1-5m，宽度(水平)：0.5-3m，高度(垂直)：2-15m。
- 至少一个通道壁可以由反应室的外壁限定。
- 至少一个通道壁可以从反应室的外壁伸出至所述反应器室中。
- 虽然根据本发明，通道的几何设计不受限制，但是一实施方案提供了通道，该通道在其位于反应室内的端部具有其最大的横截面。换句话说：该设计类似于漏斗，其横截面在对应的气流的流动方向上变小。这允许气体速度在离开反应室之前和进入气体分离器之前的加速。
- 至少一个通道壁可以小于与反应室相邻外壁的90%(例如30-80°或45-75°)的角度延伸。这允许气体或多或少平滑地过渡到分离器中。
- 反应室和/或通道和/或分离器的外壁典型地由空心管制成，利用流体、例如水来冷却，其以间隔开的平行关系垂直延伸。连续助片对于其整个长度而言可以在相邻管的对应部段之间延伸，以形成气密镶板。助片和管可以通过焊接固定。
- 分离器的外镶板的至少部分(特别是入口区段和/或第一弯曲区段)可以沿着其内表面利用诸如陶瓷整体的耐火材料来衬里。换句话说：耐火保护物遵循镶板的形状。耐火层具有或多或少恒定的厚度(尽管助片和管的深度不同)，并且应以连续的内表面为特征。本发明避免材料聚集以提供弯曲的角部区段，因为镶板至少沿着其入口区段和第一弯曲区段避免了角部，但优选在其整个周缘上避免角部。
- 外镶板的一个或多个其它区段(在第一弯曲区段之后)可以是平面的。尤其地，如果反应器具有平面壁的话，则反应器和分离器的公共壁尤其地可以是平面壁。
- 进一步的实施方案的特征在于，所述第一弯曲区段连续延伸到相邻的另外的区段中。
- 该另外的区段和随后的另外的区段又可以连续延伸到彼此之中。
- 外镶板相邻区段之间的过渡区域优选是弯曲的，以允许均匀的无湍流的气体流动在分离器的涡流室周围。就此而言，沿外镶板无任何角部的分离器是最佳的。
- 根据另一可选特征，外镶板的所述另外的区段终止于所述通道的内侧壁处，与通道的所述内侧壁形成小于90度的角度。
- 流化床反应器可具有至少两个所提及类型的排气口和至少两个相关联的离心分离器。这允许以下设计，其中，所述两个分离器的外镶板具有公共的平面壁区段。这又减少了这种装置所需的总空间和成本。
附图说明
本发明的其它特征将从从属权利要求的特征和附图的以下描述中得出，其中示意性地，
图1示出了附接到流化床反应器上的分离器的表面和内部三维视图，
图2示出了分离器的第一实施方案的水平横截面视图，
图3示出了分离器的第二实施方案的水平横截面视图，
图4示出了分离器的第三实施方案的水平横截面视图，
图5示出了两个分离器附接到一个共用反应室的布置方案的水平横截面视图。
在附图中，相同的部件或等效功能的部件用相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1显示了流化床反应器R和相关联的旋风分离器类型的分离器S，该反应器R的大多为了简化已经被切除。
所述反应器R在其毗邻侧壁10的上部具有一个排气口12。所述排气口12设计成通道20，其允许从反应室R排出的气体与固体颗粒的混合物进入相关联的离心分离器S中。
分离器S通常为圆柱形且以外镶板P、在其顶端用于经净化的气体的第一出口E1以及在其底端用于固体颗粒的第二出口E2为特征。
通道20包括垂直延伸的外侧壁22，其是与反应器壁10的公共壁，竖直延伸的内侧壁24(从其中伸出另外的反应器壁11)、水平延伸的底壁26和水平延伸的顶壁28。
通道20的外侧壁26连续地延伸到分离器S的外镶板P的入口区段30中。换句话说：两者彼此齐平。
所述入口区段30连续地延伸到外镶板P的第一弯曲区段32中。换句话说：它们均提供了公共的、连续的表面线，包括在平面入口区段30与第一弯曲区段32之间的第一过渡区域TA1。该弯曲区段32沿着大约100°的角度延伸，包括布置在所述通道20的轴向投影中的区域A，在图2中由箭头AP标识。
继所述第一弯曲区段32之后是第二过渡区域TA2和四个平面的另外的区段34,36,38,40，连同在镶板P的相邻区段(34,36;36,38;38,40)之间的另外的弯曲过渡区域TA3,TA4,TA5。
重要的是镶板P不具有角部区域。相反：所有区段30,32,34,36,38,40避免任何成角度的角部。分离器S的镶板(外封套)的所有区段都是平面的或弯曲的，并且避免任何相邻的平面区段。换句话说：在如34的平面区段的情况中，继该平面区段34(沿圆周方向)之后是弯曲区段TA2,TA3。
镶板P及其由水冷却管T和助片F(在相邻管T之间)制成的圆周区段跟随具有弯曲或平面区段的“软线”，并且避免任何相邻的平面表面区段，且因此避免任何角部区域，该角部区域将使分离器S内的分离效果变差。
另一区段40经由在通道20的内侧壁24处的最终弯曲过渡区域TA6结束，而所述平面区段40形成与反应器室R的壁11的公共壁。
如可从图2中最好地看出，气体/固体混合物在反应器室R与分离器S之间采用以下路线：
- 在侧壁24,26之间穿过通道20，
- 沿着入口区段(边界壁)30，进一步沿着第一弯曲区段32，然后经过过渡区域TA1，沿着另外的区段34,TA3,36,TA4,38,TA5,40,TA6
- 直到其在其进一步向下的路线上或多或少完成一个完整的循环，然后经由出口E2离开分离器S。
分离器S的中心纵向轴线在图2中由附图标记L表征。因此，在入口区段30的周缘端(在图2中用W1标记)与过渡区域TA2的第一部分(在图2中由W2标记)之间计算，第一弯曲区段32延伸围绕大约100度。
如可从图2至5中最好地看出，所述镶板P包括基本上恒定厚度的内耐火层42，以便提供连续的、无角部的且平滑的内表面，其是限定分离器S的涡流室的表面。
根据图2的设计具有以下优点：
继在平面入口区段30和第一弯曲区段32的设计之后，实现了完美平滑的边界壁。气流(包括固体颗粒)或多或少切向地撞击边界壁(区段30,32)，即避免任何更大的角度，且因此几乎没有弹回。这增加了气流的均匀性并且减少了耐火衬里42的磨损。
平面的另外的区段36：该平面的另外的区段36允许构造与第二分离器的公共壁。参考图5。图5中的该公共壁36的特征在于在管助片金属结构两侧上的耐火衬里42(在两个耐火衬里之间)。虽然没有进一步显示，关于图2中的公共壁40/11也是如此。
该公共壁40或11分别允许将分离器S推向反应室R并避免之间的任何空间。公共壁40(对于公共壁36同样如此)节省了材料和安装成本。
根据图2的实施方案，四个平面的另外的区段34,36,38,40由相同的形状制成。这进一步允许降低生产成本。这些平面板区段可通过预制过渡区域如TA3,TA4,TA5互连，并且在现场安装。
根据图3的实施方案与根据图2的实施方案的不同之处在于：
继第一弯曲区段32之后是小(短)平面区段，而根据图2的平面另一区段34被第二弯曲区段34代替。
根据图4的实施方案，弯曲区段32,34被合并成一个共同的拱形(弓形)，其沿着大约180°延伸。
为了使得气流循环，(在所有实施方案中)继镶板P的区段40之后是最终的过渡区域TA6，并且关于壁24限定大约45°的角度α。

Claims (15)

1.一种流化床反应器，包括以下特征：
a) 反应器室(R)，在其上部带有至少一个排气口(12)，
b) 所述排气口(12)设计成通道(20)，其允许从所述反应室(R)中排出的气体与固体颗粒的混合物进入相关联的离心分离器(S)，
c) 所述离心分离器(S)是圆柱形的且以外镶板(P)、在其顶端用于经净化的气体的第一出口(E1)和在其底端用于所述固体颗粒的第二出口(E2)为特征，
d) 所述通道(20)包括竖直延伸的外侧壁(22)、竖直延伸的内侧壁(24)、水平延伸的底壁(26)和水平延伸的顶壁(28)，
e) 所述通道(20)的外侧壁(22)连续地延伸进入所述分离器(S)的外镶板(P)的入口区段(30)中，
f) 所述入口区段(30)连续地延伸进入所述外镶板(P)的第一弯曲区段(32)中，该第一弯曲区段至少布置在所述通道(20)的轴向投影(箭头AP)中，
g) 继所述第一弯曲区段(32)之后是所述镶板(P)的一个或多个另外的区段(34,36,38,40)，其终止于所述通道(20)的内侧壁(24)处，其中，
h) 至少一个另外的区段(40)形成与所述反应器室(R)的公共壁。
2.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述外镶板(P)的另外的区段(34,36,38,40)中的一个或多个是平面的。
3.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述公共壁(40)是平面壁。
4.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述第一弯曲区段(32)延伸约60至150度。
5.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述第一弯曲区段(32)延伸约75至120度。
6.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述外镶板(P)由竖直延伸的空心管(T)和之间的助片(F)组成。
7.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述第一弯曲区段(32)连续地延伸到相邻的另外的区段(34)中。
8.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述另外的区段(34,36,38,40)连续地延伸到彼此之中。
9.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述外镶板(P)的相邻区段(32,24;34,36;36,38;38,40)之间的过渡区域(TA1…TA6)是弯曲的。
10.根据权利要求1所述的流化床反应器，沿着所述外镶板(P)无任何角部。
11.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，终止于所述通道(20)的内侧壁(24)处的所述外镶板(P)的另外的区段(40)与所述通道(20)的内侧壁(24)形成小于90度的角度。
12.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述外镶板(P)的至少部分沿其内表面用耐火材料(42)衬里。
13.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，至少所述外镶板(P)的入口区段(30)和第一弯曲区段(32)沿它们内表面用耐火材料(42)衬里。
14.根据权利要求1所述的流化床反应器，其中，所述通道(20)在其位于所述反应室(R)内的端部处具有其最大横截面。
15.根据权利要求1所述的流化床反应器，其带有根据权利要求1所述的至少两个排气口(12)和至少两个相关联的离心分离器(S)，其中，所述两个分离器(S)的外镶板(P)具有公共的平面壁区段(36)。
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EP (1) EP3000525A1 (zh)
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