CN1079935C - 用于使流化床反应器中的固体物料循环的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种流化床反应器的反应器室，有颗粒的内部循环。通过使邻近反应器室底部的颗粒分级而防止较大的再循环颗粒接触热传递表面，所述分极使用一有一个阻挡壁的颗粒室，该阻挡壁有最大尺寸小于约30mm的孔或狭缝。在颗粒室中可以设置热传递表面。较大颗粒向下流过颗粒室的壁进入反应器室，而一些在颗粒室内的细小的颗粒优选再循环返回流化床。阻挡壁优选是颗粒室的顶壁，而且可以是带耐火衬，有沟槽，和/或可以由用翅片连接在一起的水管构成，在翅片中形成孔或狭缝。

Description

用于使流化床反应器中的固体物料 循环的方法和设备
本发明涉及一种用于使流化床反应器中的固体物料循环的方法和设备，所述反应器包括一种反应器室，该室有限定反应器室内部的侧壁，和一个在反应器室底部的栅板；一个邻近反应器室上端的气体排放口和一个在所述反应器室中的固体颗粒流化床，所述流化床有固体颗粒的内部循环。
在流化床反应器中，包括在常规的鼓泡床反应器和循环床反应器中，在反应器室内有固体床物料的内部循环。床物料处于连续向上和向下运动状态。在反应器室中，固体颗粒越小，它们越容易向上流动。从而在反应器室中出现固体的分级分离。在反应器室的较低部形成密集的固体颗粒部分，包括较大的颗粒，而在反应器室中的较高部形成较稀的固体颗粒部分，包括小的颗粒。
有时会希望在反应器室的较低部处理颗粒，而没有较大物料混于其中。例如，从反应器室的较低部的固体颗粒中回收热量时，如果能防止大物料到达该热传递表面，会更容易些。大物料趋向于阻塞热传递表面，并且还引起机械损坏。
所以，本发明的一个目的是提供一种在流化床反应器中固体物料的内部循环中，使固体颗粒分级的方法和设备。
本发明的一个进一步的目的是提供一种改进的方法和设备，用于在反应器室的较低部从固体颗粒中回收热量，该目的是通过使热传递表面的阻塞减至小最而实现的。
为了达到上述目的，提供一种用于使流化床反应器中的固体物料循环的方法，所述反应器包括：一个带有限定反应器室内部的侧壁和一个在反应器室底部的栅板的反应器室；一个邻接在反应器室上端的气体排放开孔，一个在所述反应器室中的固体颗粒的流化床，该流化床有固体颗粒的内部循环；一个在反应器室的固体颗粒流化床中的颗粒室，颗粒室具有将其从反应器室中的流化床分开的阻挡壁、入口和至少一出口；设置在颗粒室内的热传递表面，所述方法包括以下步骤：(a)通过所述入口从流化床引入颗粒至颗粒室；(b)用热传递表面回收颗粒室中的颗粒的热能；(c)使至少一部分在步骤(a)中的颗粒通过至少一个入口从颗粒室再循环进入反应器室；其特征在于，通过提供防止比所述预定尺寸大的颗粒经过入口和通过设置该入口在阻挡壁上，只允许小于预定尺寸的固体颗粒从反应器室流入颗粒室；并在步骤(b)中，使反应器室中尺寸大于预定颗粒尺寸的大物料在颗粒室外部向下流动。
还提供一种用于使固体物料在一流化床反应器中循环的设备，包括：一个反应器室，具有限定反应器室内部的侧壁和一个在反应器底部的栅板；气体排放开孔，该孔邻接在反应器室的上端；一个在所述反应器室中的固体颗粒的流化床，该流化床有固体颗粒的内部循环；一个设置在反应器室的固体颗粒流化床中的颗粒室，所述颗粒室具有：从在反应器室中的流化床分隔颗粒室的阻挡壁；用于从流化床引入固体颗粒至颗粒室的入口开孔；至少一个出口开孔，用于使颗粒从所述颗粒室再循环进入所述反应器室；和设置在所述颗粒室中的热传递表面，其特征在于：入口开孔是如孔或狭缝的分级开孔，具有小于预定尺寸的直径或宽度并防止大于预定尺寸的颗粒经过所述入口开孔从反应器室流入颗粒室；入口开孔设置在阻挡壁上，和所述阻挡壁设置在所述颗粒室的顶上。
在颗粒室中设置热传递表面，从而容易地和有效地从颗粒中回收热而大物料不会不利地影响热回收。
颗粒室可以布置在反应器室的较低部的侧壁或隔开壁附近，以使沿壁靠重力向下流动的固体颗粒分级。然后果实室的最上端或顶板结构可形成一个阻挡壁。该阻挡壁可以是水平的或倾斜的。该阻挡壁有开孔只允许尺寸小预定尺寸的颗粒流过，防止大的动料流入颗粒室。通过使该阻挡壁倾斜，如与水平面成30°-45°，使大的物料沿阻挡壁的外侧向下连续流动，而不会阻塞阻挡壁中的开孔。
在某些实施例中，颗粒室的侧壁可形成阻挡壁。从而有水平动量的颗粒可以流经阻挡壁中的开孔进入颗粒室。
本发明可以用于如流化床燃烧器中，其中在燃烧室的底部设置一个或几个颗粒室。一个颗粒室或多个室可以在燃烧室的侧壁或隔开壁附近或甚至可以自由地立在底部上。在一些实施例中，颗粒室可以设置在高于燃烧室之上成突起部分。
如果颗粒室布置在邻接一个或几个反应室侧壁，那么一部分竖直的或倾斜的侧壁可在颗粒室和反应器室之间形成一个共用壁。颗粒室可以布置在侧壁部分的内侧或外侧上，所述侧壁部分形成共用壁。从而颗粒室可在反应器室的内侧或外侧上形成一突出部分。如果颗粒室在反应器室侧壁的外侧上形成突出部分，那么允许颗粒流入颗粒室的开孔有利地开在形成细物料室和反应器室之间的共用壁的侧壁部分上。
在热环境下，颗粒室可以由水管板构成，就象反应器室自身一样。管板可以带耐火衬。形成阻挡壁的壁中的开孔可以在连接相邻的水管的翅片中形成或可以由弯曲一个水管或两个相邻水管以在管间提供一狭缝而制成。如果阻挡壁是带耐火衬的，则在耐火衬中可形成沟槽，而开孔可在沟槽的底平面上形成。如果流经该开孔的颗粒的量是足够的，在阻挡壁中可以只有一个开孔或狭缝。通常为了确保足够的颗粒流量，在阻挡壁中设置几个开孔或狭缝。
设置在颗粒室的顶部的水平或倾斜的壁中的数排开孔或狭缝可有利地布置成垂直于反应器侧壁。在竖直的阻挡壁中，狭缝或数排孔优选竖直布置，但在某些实施例中，可以水平布置。
颗粒室可以如达到循环流化床反应器的栅板上方的3至8米处，以使得可由颗粒室捕获更多的下流颗粒。
可以在基本上覆盖一个侧壁或几个侧壁的全长的长颗粒室，或者可只有相互间隔布置在一侧壁处的一个或两个小颗粒室。
阻挡壁中的开孔在循环流化床燃烧器中可以是直径小于约50mm，优选约30mm或更小的孔，或宽度小于约50mm，优选近似30mm或更小的狭缝。这样的开孔只允许尺寸＜50mm，优选小于30mm的近似圆的颗粒，或宽度＜50mm，或优选小于30mm的椭圆形颗粒流过阻挡壁。
在流化床燃烧器中，颗粒室可用于热回收。从而可在颗粒室中设置蒸发器、过热器或其它热传递表面。本发明提供一种在低负载下操作燃烧器的可能性，即使该燃烧器不可能在燃烧器室的上部区域或外部热交换器中得到足够的热能。本发明使得对于不同负载或不同燃料在过热和蒸发之间达到平衡成为可能。
在颗粒室中可以用任何常规方式布置热传递表面。热传递可以通过将流化空气/气体引入细小物料室中来控制。该流化空气可以用作燃烧室的二次空气。
如果要从颗粒中回收热，颗粒室中的固体物料的良好混合是重要的。如果需要，可以通过在颗粒室的相对侧设置固体颗粒的一个或多个入口或一个或多个出口而强化。
按照本发明的一个优选的实施例，颗粒从颗粒室再循环返回反应器室中。颗粒可通过溢流经过颗粒室中的一个或几个开孔而再循环。该开孔也可以布置在颗粒室的一个侧壁上，或者可以在几个侧壁上有开孔。在大多数情况下，如果希望颗粒室中的颗粒的良好混合，布置开孔远离阻挡壁的入口开孔是有利的。
可供选择的是，颗粒可以经过一个气封如象在颗粒室中的一个侧壁中的上下布置的开孔的窄的狭缝再循环。颗粒还可以经过在颗粒室和反应器室之间形成的L型阀气封再循环。可以通过使气封附近的细小颗粒流化来控制再循环。当然颗粒还可以通过机械手段如一个螺旋进料器再循环进入反应器室。
用于控制热传递或将颗粒输送入颗粒室的被引入燃烧器中的流化空气可以用作燃烧室中的二次空气。颗粒出口孔或颗粒入口孔允许气体相对颗粒流逆流向外流过阻挡壁。向内进入颗粒室的颗粒流是不稳定的，而且不能阻止气体从室中逸出。
在一个循环流化床反应器中，床材料与废气一起排放，并且在一颗粒分离器中与气体分开。该颗粒此后再经颗粒入口引入反应器室，通常进入反应器室的较低部。当按照本发明在一循环流化床反应器中利用一颗粒室时，外部循环床材料可以全部或部分再经颗粒室引入反应器。由此在颗粒室中设置一个用于外部循环物料的入口。如果将热传递表面布置在该颗粒室中，那么从外部和内部循环物料两者中回收热。
通过参照下列对附图的详细描述，本发明的特征和优点将会更充分地体现。
图1是按照本发明的第一个优选的实施例构成的一个循环流化床反应器的纵截面示意图；
图2和3是按照本发明的另一个实施例的一个循环床反应器室的较下部的放大的截面图；
图4是按照本发明的另一个实施例的一个流化床反应器室的较下部的等角示意图。
图5和6是按照本发明的另一个实施例的颗粒室中的阻挡壁的放大的示意图。
图7是图6中阻挡壁的部分截面鸟瞰图。
图1表示一种循环流化床反应器10，该反应器有一个反应器室12，一个带有栅板15的用于将流化空气引入反应器室12的常规的空气室14，一个常规的颗粒分离器16，一个常规的气体出口18和一个用于使固体颗粒循环进入反应器室12的常规的返回导管20。
按照本发明的颗粒室22布置在反应器室12的较下部24中。按照该实施例，颗粒室22与一个入口26相连设置，所述入口用于循环经过返回导管20的颗粒。因此，从反应器10排放的夹杂在燃气中的相当细小的物料被引入颗粒室22。可以有几个用于循环的颗粒的入口，而一个颗粒室22可以与每个入口相连，或者仅与它们中的一个或几个相连。
另外，沿着室12的一个侧壁28向下流动的颗粒被一个形成颗粒室22的顶板的阻挡壁30捕捉。阻挡壁30中的开孔32允许细小的固体颗粒(见箭头34)流过阻挡壁30。较大的物料(见箭头36)沿颗粒室22的外表面向下流。进入入口26和开孔32的颗粒再经开孔38引入反应器室的较低部。
如果需要，用于将颗粒再引入反应器室的开孔38可以构成一个气封。例如，开孔38可以由一个设置在另一个的顶端上的狭缝形成，每个狭缝形成一个L型阀。
在颗粒室22中设置热传递表面40。例如该热传递表面40可以是蒸发器或过热器表面。通过从在反应器室12中内循环的颗粒中回收热，甚至在低负载下可能产生大量的热。
图2表示按照本发明的反应器室的另一个实施例的较低部124的放大图。在该实施例中，与图1中对应的部件用相同的标号前面加上“1”来表示。按照该实施例，颗粒室122设置在邻接一个侧壁129，该侧壁与有循环的细小固体颗粒的入口的侧壁128相对。颗粒室122设置在反应器室的最下部124中，该反应器室有倾斜的带耐火衬的壁41。邻接侧壁129的带耐火衬的壁41的一部分42同时形成颗粒室122的一个侧壁。室122的阻挡壁130和侧壁137优选带有耐火衬。阻挡壁130和侧壁137在反应器室的底部124和颗粒室122之间形成间隔。
在一个循环流化床反应器中，颗粒的密集流沿最下面的侧壁41向下运动，而且大量的颗粒可以循环经过颗粒室122。优选在颗粒室122中设置热传递表面140如蒸发器表面。可以通过控制来自空气室46的流化空气的流速，来控制热传递，该空气室通向室122。颗粒经开孔138再引入反应器室112的过程，也可以通过控制来自开孔138附近的空气室114的流化空气的流速来控制。
图3阐明本发明的一个进一步的实施例。在该实施例中，与图2中对应的部件由相同的两位数标号前加上“2”来表示。在该实施例中，设置颗粒室222作为较下部的反应器室224的倾斜的带耐火衬的壁部件242的一部分。有预定直径或宽度的入口孔232设置在带耐火衬侧壁部分242的较上部，从而该较上部形成一阻挡壁230。出口孔238设置在带耐火衬的侧壁241的最下部，以便将颗粒再引入反应器室。固体颗粒经开孔232流入颗粒室222，并经孔238循环进入反应器室。如果需要，一些颗粒可以经由出口48由室222排出。
图4表示按本发明的另一个实施例的一个等角图。在该实施例中与图3对应的部件由相同的两位数标号前加上“3”来表示。在该实施例中，入口孔332和出口孔338在颗粒室322的相对部分中，以提供物料的良好混合。出口孔338允许固体颗粒从颗粒室322流入反应器室312。在颗粒室322中的颗粒含量取决于壁337中的出口孔338的位置。
图5和6表示图4的反应器的阻挡壁的放大图。图5中的阻挡壁孔50和图6中的狭缝52制成沟槽54，在覆盖颗粒室332的侧壁337和顶板330的耐火层56中。
颗粒室322壁可由管板，即由翅片连接的水或蒸发器管构成。该实施例中示于图5和6中的沟槽54如此设置，使得暴露水或蒸发器管之间的翅片。在翅片中形成开孔50或狭缝52。
在图6所示的实施例中，阻挡壁338在沟槽54之间有脊状倾斜表面57而没有任何明显的水平面。这样，所有的向下流到阻挡壁330上的颗粒被引向沟槽54底部的狭缝52。来自比狭缝的截面区大得多的截面区的颗粒被收集。将来自至少为狭缝52的面积的两倍的截面区的颗粒收集。脊57使得收集和分级来自大的区域的颗粒而不增加狭缝52的尺寸或数量成为可能。
在本发明的其它实施例中，颗粒室(22，222等)的部分较上壁(30，130等)还可形成将颗粒引向开孔或狭缝的引导壁。
图7是图6的阻挡壁330的脊状构件57的部分截面图。脊状构件57由形成V型管板的部分60、62构成，所述部分覆盖有耐火层63。管板由翅片66连接的管64构成。管板部分设置得相互平行，在两个相邻部分60、62之间留一狭缝52。
从而按照本发明可以看出，通过排除较大颗粒接触热传递表面而提供了一种有效地增加热回收的方法和设备。
虽然本发明已经按照目前认为的最实用的和优选的实施例来描述，但应理解，本发明不局限于该公开的实施例，相反的是，打算使各种改变和等同布置包括在所附的权利要求的精神和范围内。

Claims (22)

1.一种用于使流化床反应器中的固体物料循环的方法，所述反应器包括：一个带有限定反应器室内部的侧壁和一个在反应器室底部的栅板的反应器室(12，112，212，312)；一个邻接在反应器室上端的气体排放开孔，一个在所述反应器室中的固体颗粒的流化床，该流化床有固体颗粒的内部循环；一个在反应器室的固体颗粒流化床中的颗粒室(22，122，222，322)，颗粒室具有将其从反应器室中的流化床分开的阻挡壁、入口和至少一出口；设置在颗粒室内的热传递表面，所述方法包括以下步骤：
(a)通过所述入口从流化床引入颗粒至颗粒室；
(b)用热传递表面回收颗粒室中的颗粒的热能；
(c)使至少一部分在步骤(a)中的颗粒通过至少一个入口从颗粒室再循环进入反应器室；其特征在于，
通过提供防止比所述预定尺寸大的颗粒经过入口和通过设置该入口在阻挡壁上，只允许小于预定尺寸的固体颗粒从反应器室流入颗粒室；
并在步骤(b)中，使反应器室中尺寸大于预定颗粒尺寸的大物料在颗粒室外部向下流动。
2.按权利要求1的方法，其特征是步骤(a)通过提供颗粒室的顶壁作为阻挡壁来实现。
3.按权利要求1的方法，其特征是步骤(a)通过使流化床中的有水平动量的固体颗粒分级来实现，所述分给是通过在流化床中设置颗粒室并只允许小于预定尺寸的颗粒经过在一个主要是竖直的壁中的开孔流入颗粒室来实现的。
4.按权利要求1的方法，其特征是步骤(a)通过只允许宽度小于约50mm的基本上是椭圆的固体颗粒流入颗粒室而实现。
5.按权利要求1的方法，其特征是步骤(a)通过只允许宽度小于约30mm的基本上是椭圆的固体颗粒流入颗粒室而实现。
6.按权利要求1的方法，其特征是步骤(c)通过使固体颗粒从颗粒室循环进入反应器室来实现，所述再循环通过使固体颗粒溢流经过设置在颗粒室的一个壁中的开孔来实现。
7.按权利要求1的方法，其特征是步骤(c)通过使固体颗粒从颗粒室再循环进入反应器室，即，使所述颗粒经过一个设置在颗粒室的一个壁中的气封，而且通过控制流过气封的流化气流远来实现。
8.按权利要求1的方法，其特征是步.骤(a)进一步通过收集来自大于阻挡壁中的开孔总的截面区的反应器室的一个截面区的颗粒来实现。
9.按权利要求1的方法，其特征是步骤(a)至(c)通过在颗粒室一端将颗粒引入并且从其一个相对端使颗粒再循环进入反应器室，以为颗粒提供适宜的停留时间和在使颗粒再循环进入反应器室之前提供颗粒室中的颗粒的良好混合来实现。
10.按权利要求1的方法，其特征是所述反应器室还有外部的颗粒循环，并进一步包括使外部循环颗粒经到室再引入反应器室中的步骤。
11.按权利要求1的方法，其特征是步骤(a)进一步通过收集来自比在阻挡壁中的开孔的总截面区大的反应器室的截面区的颗粒来实现。
12.一种用于使固体物料在一流化床反应器(10)中循环的设备，包括：
一个反应器室(12，112，212，312)，具有限定反应器室内部的侧壁(28，29；128，228，229；328，329)和一个在反应器底部的栅板；
气体排放开孔，该孔邻接在反应器室的上端；
一个在所述反应器室中的固体颗粒的流化床，该流化床有固体颗粒的内部循环；
一个设置在反应器室的固体颗粒流化床中的颗粒室(22，122，222，322)，所述颗粒室具有：
从在反应器室中的流化床分隔颗粒室的阻挡壁；
用于从流化床引入固体颗粒至颗粒室的入口开孔；
至少一个出口开孔，用于使颗粒从所述颗粒室再循环进入所述反应器室；
设置在所述颗粒室中的热传递表面，其特征在于：
-入口开孔是如孔或狭缝的分级开孔，具有小于预定尺寸的直径或宽度并防止大于预定尺寸的颗粒经过所述入口开孔从反应器室流入颗粒室；
-入口开孔设置在阻挡壁上，和
-所述阻挡壁(30，130，230，330)设置在所述颗粒室(22，122，222，322)的顶上。
13.按权利要求12的设备，其特征是所述颗粒室设置在所述反应器室的底部(24，124，224)上，而且在所述反应器室中的一个侧壁(28，41)的一部分形成所述颗粒室的一个侧壁。
14.按权利要求12的设备，其特征是所述颗粒室设置在所述反应器室的底部上，而且在所述反应器室中的一个隔开壁(242)的一部分形成所述颗粒室的一个侧壁。
15.按权利要求12的设备，其特征是所述阻挡壁设置在所述颗粒室的顶上，并且基本上是水平的。
16.按权利要求12的设备，其特征是所述阻挡壁设置的所述颗粒室的顶上，并且倾斜以促进大的物料沿阻挡壁向下流动。
17.按权利要求12的设备，其特征是所述阻挡壁中的所述开孔是孔(50)或狭缝(52)，其直径或宽度小于50mm。
18.按权利要求12的设备，其特征是所述阻挡壁中的所述开孔是孔(50)或狭缝(52)，其直径或宽度小于30mm。
19.按权利要求12的设备，其特征是所述开孔成形的沟槽(54)中，所述沟槽在一覆盖所述阻挡壁的耐火衬中。
20.按权利要求12的设备，其特征是所述阻挡壁由用翅片(66)连接的水管(64)构成，并且所述阻挡壁中的开孔成形在翅片中。
21.按权利要求12的设备，其特征是所述阻挡壁由用翅片连接的水管构成，且该壁上的所述开孔是使两相邻水管形成一狭缝构成的。
22.按权利要求12的设备，进一步包括用于使床物料进行外部循环的装置，该装置包括一个手于将外部循环的固体床物料再引入颗粒室的入口(26)。
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