CN1076981C - 用于处理流化床反应器中的床物料的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在流化床反应器(如循环流化床反应器)中的颗粒被排出反应室(10)，然后在一个处理室(16)中被冷却(从中回收热)。这是以一种特别有利的方式实现的：使颗粒从反应室在第一水平位置(如通过一种非机械密封或一种分级壁)排入一个提升室(14)。提升室中的向上流动的气体夹带该颗粒并提升它们进入处理室。处理后，处理室中的颗粒在高于第一水平位置处返回反应室，在处理室中的该水平位置的压力高于反应室中的该水平位置的压力。通过利用流化气体输送小于预定尺寸的固体颗粒到处理室同时从提升室底部(38)排出较大颗粒而在提升室中使颗粒分级。

Description

用于处理流化床反应器中的床物料的方法和设备
发明背景和发明概述
本发明涉及一种用于处理流化床反应器中的床物料(bedmaterial)的方法和设备，所述反应器有一反应室(reactorchamber)和一个在反应室下部的固体颗粒流化床，所述反应室有限定反应室内部的侧壁。
在某些流化床方法中，希望收集一部分形成床物料的颗粒用于单独处理，例如冷却，然后再进一步处理反应室中的该部分床物料。已有人建议固体颗粒从反应室排入一个单独的处理室，并且在处理(如冷却)后使颗粒返回反应室。
在某些方法中有利的是仅处理具有一定尺寸范围的颗粒。然而，小尺寸的如适于回收热的颗粒由于在反应室下部的分级作用常常与大颗粒或其它大物体混合。这倾向于防碍最适宜地回收热，因为小颗粒床中热传递更为有效。大物体还有因例如阻塞传热表面以及引起机械损坏而产生问题的倾向。
在单独的处理室中处理颗粒时要解决的另一个问题是随着物料从反应室进入处理室并返回反应室的循环而产生的。反应室下部和处理室之间的压差迫使颗粒从反应室流入处理室。但是颗粒返回反应室的循环需要机械的或其它的输送手段来克服所述压差。
本发明提供一种用于在与流化床反应器的反应室相连的单独的处理室中处理床物料的改进的方法和设备。本发明特别提供一种用于使床物料在反应室和单独的处理室之间再循环的改进的方法和设备。本发明使用一种使小于预定尺寸的床物料再循环经过外部处理室的流化床反应器，并在外部处理室中从床物料回收热。
本发明用于处理流化床反应室中的床物料的方法中，利用一个连接到提升室的反应器出口管，所述提升室又与处理室相连。本方法包括下述步骤：(a)将固体颗粒在流化床的第一水平位置处从反应室下部通过出口管排入提升室；(b)用输送气体以颗粒悬浮体状气力输送固体颗粒，使提升室中的固体颗粒上升到比第一水平位置高的第二水平位置并进入处理室；(c)在处理室中形成固体颗粒流化床或固定床；(d)在处理室中处理所述固体颗粒；和(e)用输送气或流化气使处理后的固体颗粒从处理室在比第一水平位置高的第三水平位置处再循环进入反应室。
处理后的固体颗粒还可以从处理室在比第三水平位置低的第四水平位置处再循环进入反应室。
本发明用于处理流化床反应器中的床物料的典型设备包括：一个连接到所述反应室下部的提升室；一个连接反应室和提升室的出口管，所述出口管设置在所述反应室的第一水平位置处，用于使固体颗粒从所述反应室排入所述提升室；一个与提升室连接的处理室，该处理室包含一个固体颗粒床；一个连接所述提升室上部和处理室的连接管；用于将输送气(如空气)引入提升室的装置，用于气力输送固体颗粒从所述提升室经所述连接管进入所述处理室；用于在处理室中处理固体颗粒的装置；以及连接所述处理室和所述反应室的第一入口管，所述第一入口管设置在高于第一水平位置的第二水平位置处，用于使处理后的固体颗粒与输送气或流化气一起从处理室再循环进入反应室。
提升室和处理室优选设置在反应室附近以形成紧凑的装置。反应室侧壁的一部分可以使提升室和处理室与反应室隔开。相似地，提升室和处理室可以构造成一个单元(unit)，并被一个分隔壁分开。
第一出口管可以设置在反应室的带耐火衬的下部，设置在侧壁上，例如在格栅上方最高达1000mm水平位置，或设置在格栅水平位置下的扩展室(extention chamber)处。该出口管优选设置在反应室的密相床区(dense bed zone)的水平位置处，所述区有大于100kg固体/m3气，优选500-1500kg/m3的固体密度。第一入口管优选设置在该出口管上方的500-5000mm水平位置处。
流化床反应器中的压力随着床高度而改变。在反应室的密相床区中的第一低水平位置处的压力P1可以比较稀的床区处的较高的第二水平位置处的压力P2高得多。
本发明提供一种使固体颗粒从密相床区的高压P1处循环进入处理室并返回进入反应室而不需机械或其它复杂输送设备的简易方法。
固体颗粒在反应室中的第一水平位置处利用压差从密相床区排入提升室，提升室中的压力P3低于反应室的密相床区中的压力P1。
可以在出口管中设置非机械密封，如一种百叶窗式密封(gillseal)或L-阀以防止气体从提升室流入反应室并控制固体流入提升室。利用几个相互紧接排列的窄的狭缝(solt)，即缝形成的通道形成百叶窗式密封。这些缝优选稍微偏离水平方向，每个狭缝形成一种非机械密封。流入提升室的床物料的量可以通过设置在非机械密封处的流化空气喷嘴控制。
在提升室中，固体颗粒以颗粒悬浮体形式被气力输送提升到较高的第二水平位置。在反应室的第二水平位置处，压力P2大大低于在较低的第一水平位置处的密相床区中的压力P1。在该第二水平位置处的颗粒悬浮体被进一步输送到处理室中。
在该第二水平位置处，在反应室和处理室之间只有小的压差。被强制流经第一入口管进入反应室中的输送气产生压差，该压差防止气体从反应室反向流入处理室。一部分从提升室输送到处理室中的固体颗粒可以与输送气一起流经第一入口管直接返回反应室。
在处理室中，固体颗粒由于流动方向的改变和颗粒股(particle strand)的形成而与颗粒悬浮体部分分离。分离后的颗粒在处理室中形成固体颗粒的流化床或固定床。流化气和被该气载带的颗粒流经第一入口管进入反应室。
可以在处理室的一个较低的水平位置处设置一个第二入口管，该管主要用于使来自流化床或固定床的颗粒利用压力或重力作用循环进入反应室。处理室中的压力随着床的高度和密度改变，这类似于反应室中的压力改变。通过增加处理室中床密度或床高度可以使处理室中的压力P4保持在比在相应水平位置的反应室中的压力P2高的水平。通过使处理室的水平高度足够高而使压力P4大于压力P2，从而使压力P4保持高于压力P2。
按照本发明，如果需要可以在提升室中气力提升固体颗粒到相当高的水平位置，以克服反应室中的压力。处理室和反应室之间的压差迫使固体颗粒从处理室流入反应室并防止气体从反应室流入处理室。
所述第二入口可以设置在与所述出口管基本相同的水平位置。然而，处理室中的流化床或固定床中的压力不得不通过增大床的密度或者通过增加床的高度来增加，以此来克服反应室中的压力。
本发明利用这些和其它的压差使固体物料在反应室、提升室和处理室之间循环。具体地说是一方面利用反应室和提升室之间的压差，另一方面利用反应室和处理室之间的压差。
要在处理室中处理的床物料可以在引入反应室之前通过提供一个横跨出口管的入口的一个栅栏(barrier)或分级壁(classifying wall)而被分级。所述栅栏壁可以是一个有开孔或缝的隔壁，防止大于预定尺寸的颗粒经过而进入出口管。
也可在提升室中进行床物料的分级。流化空气喷嘴布置在提升室的底部，它可用来控制允许向上流动并经过该管进入处理室的颗粒尺寸。小颗粒被气力输送进入处理室，而较大物体经提升室的底部排放或用机械循环返回反应室。
提升室可用于从流化床燃烧器排放粉尘。然后可以在提升室中对粉尘分级。大的惰性粉尘粒从系统中排出，而且细的飞灰被送入处理室用于进一步处理。
按照本发明，只有经控制的具有预定尺寸的部分固体颗粒可被允许流入处理室。所述分级可以在从反应室排放颗粒时或在固体颗粒在提升室中向上提升时进行。细的固体颗粒有利地在处理室中进一步处理，如在换热器中冷却，而无大物体引起的麻烦。
通过在处理室中设置热传递表面，本发明可用于从固体颗粒中回收热。热传递可以通过引入处理室中的流化空气来控制。该处理室特别适于产生高温蒸汽，因为其中的气体气氛只含有非常少量的(如果有的话)腐蚀性气态化合物。
在热过程中，反应室和包括提升室和处理室的壳体之间的壁(以及该室中的其它壁)可以由水管壁板构成。管壁板可以带耐火衬并被弯曲以在它们之间形成通道。另一方面，如果需要物料分级，则通过在相邻管间的耐火衬中挖出沟槽并露出连接两管的肋片很容易在带耐火衬的管板中设置有栅栏壁的出口管。此后可以在肋片中挖出所需尺寸的圆孔或狭缝。
通过使相邻的管弯开足以提供用于百叶窗式密封布置的空间，可以在带耐火衬管板中插入百叶窗式密封，通道可以按不同方式形成。
本发明提供一种用于在一个外部处理室中处理床物料的改进的方法和设备，同时以一种改进的方式使所需部分的物料从反应室经过处理室循环并返回反应室。
从而本发明提供一种用于在外部处理室中，在颗粒的流化床或固定床中处理物料的方法，所述处理是在不同的温度、不同的流化状态或不同的气氛下进行的。
附图的简要说明
图1是本发明的典型的提升室和处理室的等比例示意图，为表达清楚起见，侧壁被剖开；
图2是与反应室结合的图1的提升室的截面示意图；
图3是图1的处理室和反应室的截面示意图；
图4是本发明的提升室和反应室的另一个实施方案的截面示意图；
图5是本发明的处理室和反应室的另一个实施方案的截面图；
图6是本发明的提升室和反应室的另一个实施方案的截面图；
本发明的详细描述
图1表示在流化床反应器中的反应室10的一部分和邻近反应室10设置的并包括提升室14和处理室16的壳体12。壳体12设置成与反应室10的一个侧壁18部分背对背。壳体12部分延伸到反应室10的底部15之下的水平位置。
在提升室14和反应室10之间的共用壁部分22中在第一纵向水平位置处设有一个出口管20。固体颗粒从反应室10经出口管20流入提升室14，这归因于室10、14之间的压差。百叶窗式密封24设置在出口管20中以防止大于预定尺寸的物体从反应室10流入提升室14，并防止气体从提升室14流入反应室10。
为代替出口管20，可以在反应室10和提升室14之间的壁18中形成一组小孔(未示出)。这些孔应当足够大以允许预定尺寸的颗粒流过该壁18，但足够小以防止大于预定尺寸(如大于进行良好换热的尺寸)的颗粒流过壁18。
第一入口管26设置在第二水平位置上，该位置高于第一水平位置，所述第一入口管设置在处理室16和反应室10之间的共用壁部分28上，以允许气体和夹带于其中的固体颗粒流入反应室10。第二入口管27设置在低于第一入口管26的位置。颗粒借助重力或流化作用从处理室16经第二入口管27流入反应室10。百叶窗式密封30(图1)设置在第二入口管27中以防止气体和固体从反应室10反向流入处理室16中并且控制固体流经第二入口管27。
壳体12被分隔壁32分成提升室14和处理室16。提升室14只是一个提升通道，其截面大大小于处理室16的截面。在分隔壁32的上部的管路或开孔34连通提升室14的气体空间和处理室16的气体空间。管路34的开口面积相应于提升室14的水平截面积。在提升室14的底部38设有空气喷嘴格栅36。空气经喷嘴格栅36引入以在提升室14中向上气力输送颗粒悬浮体并经过管路34进入处理室16。
在处理室16的底部42上设有空气喷嘴40，以流化在处理室16中形成的颗粒床44。
图2表示设在反应室10下面的提升室14的截面图。在侧壁18的带耐火衬下部设有出口管20，该出口管20允许颗粒从反应室10流入提升室14。空气喷嘴格栅36设在提升室14的底部用于流化引入提升室14中的颗粒并用于将小于预定尺寸的颗粒向上输送到分隔壁32中的管路34。单个空气进入孔可以设在提升室14的底部而代替喷嘴格栅36。未被流化空气输送的较大颗粒和物体通过设在提升室14底部的排放出口46排放。提升室14中的固体密度远小于反应室10中的在相应水平位置的固体密度。在本实施方案中，格栅36适当低于室10的空气引入格栅52。
图3表示邻近反应室10设置的处理室16的截面图。第一和第二入口管26和27设在反应室10和处理室16之间的共用壁部分28中。第一入口管26高于处理室16中的床的上部水平位置，而且第二入口管27在该床区的较低水平位置处，允许固体物料经入口管27流入反应室10。
在处理室16中的颗粒床44中设有换热表面48。在处理室16的底部42中的空气喷嘴40用于流化颗粒床并控制热传递。
在图4和5的实施方案中，与图1-3的实施方案中相似的构件用相同的标号前面加上“1”来表示。
图4表示本发明的提升室114的一种实施方案，其中格栅136设在与反应室110的格栅152相同的水平位置处。图5表示本发明的处理室116的一种实施方案，其格栅142设在反应室110的格栅152的水平位置之上的位置处。反应室110可以是循环流化床反应器的一部分，而且与从室110排出的气体分离后的颗粒可以经过处理室116再被引入室110，例如通过图5中的导管53引入。
在图6的实施方案中，与图4和5实施方案中相似的构件以相同的标号前面加上“2”表示。
在图6的实施方案中，提升室214设置成使得它的至少一半低于反应室210的格栅252的水平位置。在低于格栅252位置还设有反应室210的扩展部分54，用于从格栅252排放固体物料。空气喷嘴56设在扩展部分54的侧壁58中用于使小颗粒与粗物体分级。粗物体从出口60排出。小的固体颗粒被允许经出口管220流入邻近扩展部分54设置的提升室214中。
本发明结合目前认为是最实用的和优选的实施方案进行了描述，但同时应当理解，本发明并不局限于所公开的实施方案，相反，本发明打算覆盖包括在所附的权利要求的实质和范围内的各种改变形式和等同布置。

Claims (28)

1.一种用于处理流化床反应器中的床物料的方法，所述流化床反应器有一个反应室，反应室具有限定反应室的内部的侧壁，一个在反应室中的固体颗粒流化床，一个连至提升室的反应室出口管，提升室连至一个处理室，所述方法包括下述基本上连续的步骤：
(a)将固体颗粒在流化床的第一水平位置处从反应室下部通过出口管排入提升室；
(b)用输送气体以颗粒悬浮体状气力输送固体颗粒，使提升室中的固体颗粒上升到比第一水平位置高的第二水平位置并进入处理室；
(c)在处理室中形成固体颗粒流化床或固定床；
(d)在处理室中处理所述固体颗粒；和
(e)用输送气或流化气使处理后的固体颗粒从处理室在比第一水平位置高的第三水平位置处通过反应室的一个壁循环进入反应室。
2.按权利要求1的方法，其中步骤(d)通过从处理室中的固体颗粒回收热来进行。
3.按权利要求2的方法，其中步骤(d)进一步对处理室中的固体颗粒进行流化以控制从中回收的热量。
4.按权利要求1的方法，其中步骤(b)通过在反应室中的流化床的第一水平位置处对出口管提供第一压力和在提升室中的第一水平位置处提供第二压力来进行，所述第二压力低于所述第一压力，从而使颗粒从反应室流入提升室。
5.按权利要求4的方法，其中步骤(b)还通过用一种非机械密封控制流体流过出口管来进行。
6.按权利要求1的方法，其中步骤(b)通过在出口管处引入流化空气以控制从反应室向提升室的流动来进行。
7.按权利要求1的方法，包括在出口管处使固体颗粒分级的步骤，以防止大于预定尺寸的颗粒流过出口管。
8.按权利要求1的方法，还包括在提升室中使固体颗粒分级的步骤，该步骤通过引入流化空气使得只向上气力输送小于预定尺寸的固体颗粒进行。
9.按权利要求8的方法，还包括从提升室排出大于预定尺寸的颗粒的步骤。
10.按权利要求8的方法，还包括从提升室气力输送粉尘进入处理室的步骤。
11.按权利要求1的方法，其中步骤(e)只部分进行，通过使处理室中的固体颗粒溢流进入反应室来进行。
12.按权利要求1的方法，其中步骤(e)只部分进行，通过使固体颗粒经过一种非机械密封循环进入反应室来进行。
13.按权利要求1的方法，其中用于进行步骤(b)的气体是用于反应室的二次空气(secondary air)。
14.按权利要求1的方法，其中流化床反应器包括循环流化床反应器。
15.按权利要求14的方法，还包括使颗粒与从循环流化床反应器排出的气体分离并再使分出的颗粒通过处理室再引入反应室的步骤。
16.按权利要求1的方法，其中第三水平位置高于第二水平位置。
17.按权利要求1的方法，其中在反应室中的第三水平位置处的压力低于处理室中第三水平位置处的压力。
18.用于处理流化床反应器中的床物料的设备，包括：
一个反应室，该反应室有限定所述反应室内部的侧壁；和
一个固体颗粒流化床，该流化床在所述反应室的下部；
所述流化床反应器包括：
一个连接到所述反应室下部的提升室；
一个连接所述反应室和所述提升室的出口管，所述出口管设置在所述反应室中的第一水平位置处，用于使固体颗粒从所述反应室排入所述提升室；
一个包括一个固体颗粒床的处理室；
一个连通管，该管在高于所述第一水平位置的第二水平位置处使所述提升室的上部分与所述处理室连通；
将输送气引入所述提升室的装置，用于将固体颗粒从所述提升室经过所述连通管气力输送送入所述处理室；
用于在所述处理室中处理固体颗粒的装置；和
一个第一入口管，该管连通所述处理室和所述反应室，所述第一入口管设置在高于所述第一水平位置的第三水平位置处，用于用输送气或流化气使处理后的固体颗粒从所述处理室循环进入所述反应室。
19.按权利要求18的设备，进一步包括设在所述处理室中的热传递表面。
20.按权利要求18的设备，进一步包括一个限定所述反应室和提升室的共同壁。
21.按权利要求18的设备，进一步包括含有所述提升室和处理室的一个共用壳体，一个在所述共同壳体中使所述提升室和所述处理室分开的分隔壁。
22.按权利要求18的设备，进一步包括设置在所述处理室中的用于流化固体颗粒的空气喷嘴。
23.按权利要求18的设备，进一步包括设置在所述出口管中的一个分级壁(classifying wall)，用于防止大于预定尺寸的颗粒进入所述提升室。
24.按权利要求18的设备，进一步包括设置在所述出口管中的一种非机械密封。
25.按权利要求24的设备，其中所述非机械密封主要选自一种百叶窗式密封(gill seal)和L-阀。
26.按权利要求18的设备，进一步包括连通所述处理室和所述反应室的第二入口管，所述第二入口管设置在低于所述第一入口管的位置。
27.按权利要求26的设备，进一步包括设置在所述第二入口管中的一种非机械密封。
28.按权利要求18的设备，其中所述第三水平位置高于所述第二水平位置。
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