CN1088848A - 大型流化床反应器 - Google Patents

Abstract

一种流化床反应器，其中设在一个容器中的诸隔 墙形成第一和第二燃烧段，第一和第二槽，和一热交 换段，并使第一槽位于第一燃烧段和该热回收段之 间；第二槽位于第二燃烧段和该热回收段之间。流化 床形成在每一燃烧段中，以燃烧燃料产生热量和生成 含有燃烧气体与卷入的颗粒固体的混合物。各槽被 分成带有设在旋风分离器间的倾斜顶板的第一和第 二组隔舱，第二组隔舱将分离出的固体导入第一组隔 舱。

Description

本发明一般涉及流化床蒸汽发生装置，更具体地说，涉及一种大型流化床蒸汽反应器，它的所有部件都设在一单独容器中，包括两个卧式旋风分离器，用以从燃料燃烧产生的烟气中分离出固体颗粒，两个整体再循环热交换器，用以去除分离出的固体中的热量，和两个热量回收区，用以去除烟气中的热量。

流化床燃烧反应器是公知的。这种装置包括一燃烧段，其中送入的空气穿过颗粒物料床，包括矿物燃料，如煤，和硫吸附剂，如石灰石，以对物料床进行流化，促使燃料在较低温度下燃烧。当流化床产生的热用于将水转化成蒸汽，例如用于蒸汽发电机时，流化床反应器显示出诱人的综合性能：高热释放，高硫吸收，低氧化氮排放和对燃料的适应灵活性。

最典型的流化床反应器包括通常称为发泡流化床，其中，颗粒物料床由一空气分配板支承，而维持燃烧的空气通过板上的许多孔送入，从而引起物料膨胀并呈悬浮或流化状态。燃料燃烧产生的烟气被送至热量回收区，以利用其能量。由于热量回收区通常是与燃烧段隔开的，所以要求用众多的膨胀联接件连接热量回收区与反应器，以减少由于高温差引起的热应力。同时，还会遇到热量损失的问题。

在反应器采取蒸汽发电的形式时，反应器壁是由许多热传导管构成的。流化床中燃烧产生的热传至热交换介质，例如在管中循环的水。热传导管通常与天然水循环回路相连，该回路包括用以分离出蒸汽的汽包，而分离出的蒸汽然后与热量回收区产生的蒸汽混合，沿指定路径送至蒸汽用户，或送至汽轮机发电。

人们在改善燃烧效率，控制污染物料排放和发泡床承受工况减小方面作出了努力，开发出一种循环式流化床反应器，其采用一种高膨胀净化流化床。按照这一技术，流化床密度可以小于典型发泡流化床密度，而空气速度等于或大于发泡床的空气速度。这种低密度净化流化床的形式是由于其小的颗粒粒度和高固体燃料流通率以及烟气卷吸细颗粒固体的结果。而高固体燃料流通率则要求较大的固体燃料再循环，这可通过在燃烧段设置分离器，以接收来自流化床的烟气和卷入其中的固体燃料来实现。固体燃料在分离器中被从烟气中分离出来，而烟气则送至热回收段，同时固体燃料被再循环返回燃烧段。

循环式流化床所要求的高固体燃料循环，使其对热量释放模式不敏感，从而减少了反应器中温度的变化，降低了氧化氮的生成。这种高固体燃料的再循环还改善了分离器的效率。结果延长了硫吸附剂和燃料的停留时间，减少了吸附剂和燃料的消耗。此外，循环式流化床还具有较发泡流化床更强的负荷下调的能力。

具有与本申请同一受让人的美国专利第4809623和4809625号公开了一种流化床反应器，其中密集型，或发泡型流化床保持在燃烧段的下部，同时该流化床又按循环式流化床运行。这种“混合”设计能获得发泡床和循环床二者具有的优点，而不仅具有使用大范围粒度的颗粒燃料能力单方面的显著优点。

这些型式的流化床，特别是循环型和混合型流化床在运行中要考虑一些重要的因素。例如，烟气和卷入的固体燃料必须保持在特定温度（通常约1600°F）的燃烧段中，以与吸附剂正常吸硫温度相一致。结果，送至热量回收区的烟气的最大热容量（热力头）和经分离器再循环至燃烧段的分离出的固体燃料的最大热容量受到限制。一个循环中仅需要过热过程而无再热过程，燃烧段出口烟气的热焓通常已足够供给分离器下游的蒸汽发电机的热回收区所需的热量。因此不需用再循环固体的热焓。

但是，在采用具有吸硫能力和一个工作循环-其要求再热过程和过热过程-的循环式或混合式流化床的蒸汽发电机中，燃烧段出口处烟气中可能利用的热量经常是不够的。同时，反应器中分离器再循环回路中存在的热量却又超过蒸汽发电机负荷需求。对这种循环而言，其设计应使再循环固体燃料中的热量在其重新送回燃烧段前得到利用。

为提供这一极高的热容量，有时可在分离器固体出口和燃烧段的流化床之间设置再循环热交换器。这种再循环热交换器具有热交换表面，用于接收从分离器分离出的固体燃料和在固体燃料再次送回燃烧段前起到将固体燃料的热以较高传导率传导给热交换表面的作用。然后，热交换表面获得的热量又传递给冷却回路，以提供再热和/或过热工作。

再循环热交换器如采用有压力密封装置作用的结构，则可表现出极有利的优点。这种密封装置在低压的分离器固体出口和高压的反应器燃烧段之间是需要的，用以防止固体燃料回流和防止燃烧段压力脉动对分离器或燃烧段本身的运行特征产生不利的影响。

但是，伴随采用再循环热交换器也带来一些缺点。例如，必须采用一种专用结构，以必须完全绝热地将包括一流化系统的再循环热交换器封闭起来。此外，封闭再循环热交换器的这种结构必须与反应器的其余部件用昂贵的膨胀密封装置相互连接起来。另外，如果再循环热交换器被当作压力密封装置使用时，则要求复杂而昂贵的结构，通常包括多个单独的腔室，以实现密封功能和去热功能，以及在点炉期间允许固体燃料旁通至热交换器表面。

除有时需要再循环热交换器外，循环式或混合式流化床燃烧反应器还需要较大的分离器，以从烟气中分离出卷入的固体燃料和实现固体燃料再循环。通常采用旋风分离器，它包括一垂直取向的圆筒状涡室，涡室中设有一中心气体出口管，以向上输送分离出的气体，同时分离出的颗粒通过其底部排出分离器。这些所谓的立式旋风分离器的尺寸相当大，从而限制了进行标准化和易于运输及组装的紧凑系统设计的可能性。对较大的燃烧系统来说，常常需要数台立式旋风分离器才能提供充分的颗粒分离，这当然与尺寸问题相牵连，并且通常还需要复杂的气体管线布置，这就降低了运行效率。同时这些管线还要求相当数量的昂贵的耐热绝缘，以减少热损失，和必需相当数量的膨胀密封组件，以减小热应力。

伴随使用立式旋风分离器还带来一些其它问题，亦即它们要求用昂贵而复杂的部件将分离出的颗粒送回反应器的流化床。由于没有起密封装置作用的再循环热交换器，则需要设置重力卸料槽或气动输送系统，它们必须包括一密封装置，例如一密封筒，一虹吸密封或一“丁”型或“L”型阀，因为在低压旋风排出部和高压燃烧段间存在压力差。还需要用膨胀连接件将分离器连接在卸料槽或气动输送系统上，以减小经受的高温差产生的热应力。

为克服上面提到的众多问题，设计出了卧式旋风分离器结构，其特征是具有水平取向的涡室。卧式旋风分离器可以方便地成形在燃烧段上部中，并与该燃烧段壁成为一体。但是，已知的卧式旋风分离器存在各种缺点，特别是在分离出的固体燃料重新送入燃烧段前，如何与它进行再循环热交换方面存在缺点。

因此本发明的一个目的是，提供一种流化床反应器，它采用与反应器燃烧段一体化设置的再循环热交换器。

本发明的另一个目的是，提供一种上述类型的流化床反应器，其中热交换表面设置在再循环热交换器中以去除分离出的固体燃料中的热量，从而控制其温度，为与反应器相连的流体回路提供附加热量。

本发明的再一个目的是提供一种上述类型的流化床反应器，其中再循环热交换器包括旁通装置，用以按指定路径将分离出的固体燃料送至燃烧段，而不通过任何热交换表面。

本发明的又一个目的是提供一种上述类型的流化床反应器，其中再循环热交换器的旁通装置起分离器和燃烧段间压力密封装置的作用。

本发明的又一个目的是提供一种上述类型的流化床反应器，它勿需在分离器和反应器燃烧段间设置气动输送装置。

本发明的又一个目的是提供一种上述类型的流化床反应器，它勿需用膨胀连接件去将分离器或热量回收区连接到反应器上。

本发明的又一个目的是提供一种上述类型的流化床反应器，其中常规的旋风分离器被卧式旋风分离器取代。

本发明的又一个目的是提供一种流化床反应器，其尺寸较紧凑，可以标准化，并易于组装。

本发明的又一个目的是提供一种上述类型的流化床反应器，其中旋风分离器的体积，重量和成本都远小于常规分离器。

本发明又一目的是提供一种上述类型的流化床反应器，其热损失减至最小。

本发明的又一个目的是提供一种上述类型的流化床反应器，它具有多个燃烧段，其中反应器的输出功率可随负荷变化，即通过使少数燃烧段运行和调节负载而不是让整个反应器在低负荷工况下运行的方式来实现有效的输出减少。

本发明的又一个目的是提供一种上述类型的流化床反应器，它具有多个燃段，其中各燃烧段可在不同的温度下运行以有效地控制通过热量回收区燃烧气体的温度。

本发明的又一个目的是提供一种上述类型的流化床反应器，它具有多个燃烧段，其中一个燃烧段可用来预热另一个燃烧段。

本发明的又一个目的是提供一种上述类型的流化床反应器，它用于生产蒸汽，特别是提供一种非常大的流化床蒸汽发电机系统，其范围为500MW和更大。

为实现这些和其它一些目的，本发明的流化床反应器包括一增大的燃烧段，两台卧式旋风分离器，两个热交换段设置在该燃烧段的两侧，和两个热量回收区，所有这些部件都设置在一个容器中。一包括燃料的固体颗粒物料床被支撑在该燃烧段中，并且空气以足够高的速度送入物料床，用以流化物料和维持燃烧或气化燃料。由空气，燃烧的气体产物，和空气卷入的固体颗粒和气体产物组成的混合物，被从物料床送至位于其上方并为容器上部的两台卧式旋风分离器。

上述卧式旋风分离器包括涡室，它具有沿相应燃烧段总宽延伸的进口，用以接收上述混合物，并在离心力作用下，从混合物中分离出颗粒物。设置有中心导出圆筒，用以将流出涡室的清洁气体导入一个热量回收区，使得它们的热量可以得到有效的利用。从混合物中分离出的颗粒物质便从分离器下落并通过出口管和沉积在位于燃烧段和每个热交换段之间延伸的槽中。热交换段被隔成两段，即一个热量回收段和一密封筒段，每一段借助在该热交换段下方延伸的压力气室单独进行流化。压力气室在上述槽的下方延伸以有选择地流化槽中的分离出的颗粒物质，并将分离出的颗粒物质送至相应热交换段的热量回收段或密封筒段。

上面的概述以及本发明进一步的目的，特征和优点，通过参考下述结合附图对优选性实施例的详细说明，将会更充分地得到理解。其中：

图1是本发明流化床反应器部分剖视示意图;

图2是沿图1中2-2线的剖视图;

图3是沿图2中3-3线的剖视图;

图4是沿图2中4-4线的剖视图;以及

图5是类似图2的剖视图，示出了本发明的一种优选实施例。

参见图1，代号10表示本发明的流化床反应器，该反应器10为一蒸汽发生系统的一部分，并与之流体连通。

反应器10包括一大体矩形的容器，它由一顶板11，一前壁12，一隔开及平行的后壁14和沿垂直于壁12及14（图2）方向延伸的第一和第二侧壁16和18组成。第一，第二，第三和第四中间隔板20，22，24和26在壁12和14间延伸，并与之保持隔开和平行关系，各隔板分别具有弯曲的上部20a，22a，24a和26a。

隔板22和24与侧壁16和18的相应部分形成一在体为矩形的燃烧段28。多孔空气分配板30以适当方式支承在燃烧段28的下部，并有助于在燃烧室下方形成一压力空气室32。一次空气由适当空气源（未示）供给，通过管路34借助普通送风装置送入压力空气室32。送入压力空气室32的空气朝上流向空气分配板30，并可通过空气预热器（未示）进行预热，借助空气控制挡板（也未示）按需要进行适当调节。

空气分配板30适于支撑颗粒燃料的燃烧床，燃料一般由燃烧用碎媒和吸收煤燃烧过程中产生之硫的石灰石或白云石组成。多个燃料给料器36分别穿过侧壁16和18，以向燃烧段28供给颗粒燃料，可以理解，还有另一些管子可与形成燃烧段28的侧壁相连，以根据需要向燃烧段28配给颗粒吸附材料和/或附加的颗粒燃料。至少有一条排放管38从该板30延伸穿入燃烧段28膛中，用以将燃烧段28中用过的燃料和吸附材料排放到外部设备上。

过热空气口40在高出板30预定高度处分别穿过侧壁16和18，以将二次空气送入燃烧段28，其理由将在后面说明。可以理解，可在一个或多个高度上设置多个穿过任一燃烧段壁的并以代号40表示的空气口，以将空气送进燃烧段28。

第一和第二水平旋风分离器42和44设置在反应器10形成的容器的上部。分离器42是由壁20和22各自的弯曲上部分20a和22a形成的，分离器44是由壁24和26各自的弯曲上部分24a和26a形成的。分离器42具有一进口管46其由顶板11和隔板22的横向隔开的弯曲部分22a的上部所形成。分离器44具有一进口管48其由顶板11和隔板24的横向隔开的弯曲部分24a的上部所形成。两进口管46和48沿燃烧段28全宽延伸。

分离器42和44中，分别用隔板20和22的弯曲部分20a和22a和隔板24和26的弯曲部分24a和26a构成两个环形涡室50和52。中心出口圆筒54和56分别在一部分涡室50和52中同轴地延伸，以接收来自涡室的清洁气体，并且具有足够的长度，以有利于重新进入的清洁气体流分别自分离器42和44流出到热量回收区58和60。涡室50和52更具体地描述在已受理的美国专利申请流水号07/505806中，该申请已转让给本发明的同一受让人，因而可包括在本说明书中作为参考。

热量回收区58形成在侧壁16和18之间，以及前壁12和隔板20之间。热量回收区60形成在上述侧壁之间，以及后壁14和隔板26之间。至少一组管束62和64（如过热器，省煤器或再热器）设置在每一热量回收区58和60，并且每一管束是由许多通过联箱62a和64a连接成流体回路的管子组成的，以供水，蒸汽和/或水-汽混合物（下文称为“流体”）流过这些管子，以去除气体中的热量。由于这些管束和它们相关的回路是常规的，这里不进一步详述。

成角度延伸的折流板66和68分别设置在热量回收区58和60的下部，以将气体导向位于壁12和14下部的贯穿出口12a和14a。一系列挡板70和72分别沿横跨每一热量回收区58和60的方向延伸，以控制流过热量回收区的气体流量。

分离器42和44具有出口74和76，它们沿燃烧段28的宽度延伸，并分别形成在隔板20和22以及隔板24和26的上部平行部分之间，位于涡室50和52的下部。出口74和76并与分别形成在隔板20和22以及隔板24和26间的槽78和80相通。槽78和80用以回收分离器42和44以烟气中分离出的颗粒物质或固体物。

由于如图1和2所示，反应器10的右半部分结构与左半部分结构是成镜面对称的，所以其结构只结合反应器10的左半部分详细说明。

水平空气分配板82适当地支承在槽78的下部，并在隔板20和22间延伸，以支承分离器42从烟气中分离出的固体。板82有助于形成一在槽78下面延伸的压力气室84，借助常规的装置通过一对管子86a和86b（图3）输送流化空气。如图2-4所示，一垂直隔板88自板82以垂直于前壁12向下延伸，将压力气室84的上部分成两个压力隔舱84a和84b，使流过两压力隔舱的流化空气分别被挡板90a和90b控制。

如图1和2所示，由前壁12，隔板20和侧壁16和18形成的热交换段92在热量回收区58的折流板66下面延伸。类似于板80和82的水平空气分配板94适当地支承在热交换段92的下部，并协助形成一在热交换段92下方延伸的压力气室96，借助常规装置通过一对管子98a和98b（图4）将流化空气送入该压力气室。如图4所示，向上延伸的隔板88将热交换段92分成两段，亦即一个热量回收段92a和一密封筒段92b。该隔板88还将压力气室96的上部分成压力气舱96a和96b，以使流过该压力气舱的流化空气流分别受挡板100a和100b的控制。

三个隔开的开口20b，20c和20d形成一列紧靠板82上方的并穿过隔板20下部的水平孔，以供来自槽78的固体通过并进入热交换段92，其中孔20b和20c伸进热量回收段92a，孔20d伸进密封筒段92b。工口88a还在紧靠板94上方处形成穿过位于热量回收段92a和密封筒段92b间的隔板的孔。此外，一向下倾斜的管子102延伸在一个高于开口20b-20d处穿过隔板20形成的开口20e和一个穿过隔板22形成的开口22b之间以提供从密封筒段92b到燃烧段28的一条通道。

为显示方便起见，各图中开口20b-20e，22b和88a是示意表示的。但可以理解，它们实际是以普通方式切去翅片或弯曲形成隔板20，22和88的垂直布置的管子而制成的，这将在下面说明。

一束热交换管104设置在热交换段92的热量回收段92a中。管104在管接头106a和106b（图1）间延伸，用于循环通过该管的流体，以去除送入热量回收段的固体热量，这将去下面作说明。

壁12和14，隔板20，22，24，26和88，它们的弯曲上部20a，22a，24a和26a，以及侧壁16和18，每个都是用许多垂直布置的壁管形成的，壁管间用垂直布置的长挡板或翅片连成一体，以形成一连接的气密结构。由于这种类型的结构是通用的，故图中未示出，也不作更详细的说明。

如图1所示，提供流动回路，以使流体通过壁管，将流体加热到可作功的程度，例如驱动蒸汽轮机（未示）。为此，联箱108a箱108b分别连接在这些壁12和14，隔板20，22，24，26和88，和它们的弯曲上部20a，22a，24a和26a，以及侧壁16和18的上端和下端，从而形成相应壁的壁管以供给流体和从中接收流体。

可以理解，反应器10还设有附加的流动回路，包括一个汽包110，已在图1中示出，和许多下降管，管子，上升管联箱等，其中一些已用代号112示出，以形成一可工作的系统，有效地从反应器10，包括管束62，64和104中传递热量，这将在下作说明。

工作时，颗粒物质，一般包括煤一类的固体燃料和石灰石，放置在空气分配板30上，燃料用无光（Light-off）燃烧器（未示）或类似物点火，同时将空气送入压力气室32。添加的燃料通过燃料供料器36按需要送入燃烧段28内部。随着燃料逐渐燃烧，以小于完全燃烧所需总气量的空气量送向压力气室32，这样燃烧段28下部的燃烧是不完全的。因此，下燃烧段是减小的工况下运行的，而完全燃烧所需的其余空气是通过空气口40供给的。由此完全燃烧所需的总空气量可以例如40%-90%通过压力气室32提供，其余空气（10%-60%）通过空气口40供给。

从压力气室32通过空气分配板30送入的高压高速空气的流速大于流化床中较细颗粒的自由落体速度，但小于较粗（course）颗粒的自由落体速度。这样，一部分细颗粒被空气和燃烧气体卷入送走。被卷入的颗粒和气体的混合物在燃烧段28中上升，并通过进口管46和48，分别进入分离器42和44的涡室50和52。进口管46和48布置成使该混合物基本沿涡室50和52的切线方向进入，从而在涡室中形成旋流。被卷入的固体颗粒在离心力作用下被抛到形成分离器42的部分20a和22a之内表面上，和形成分离器44的部分24a和26a之内表面上，在那里被收集，并由于重力作用而下落，通过出口74和76，分别进入槽78和80。

涡室50和52中混合物的旋流被导向成朝涡室一端，即朝侧壁16的螺旋状流动。螺旋流引起的压力变化则迫使沿涡室50和56中心线集中的较清洁的气体向着圆筒54和56的开口处所产生的低压区流动。这样，清洁气体便进入圆筒54和56，并流出到热量回收区58和60，这在上述美国专利申请号第07/505806中更详细地作过描述。从分离器42流出的清洁气体以挡板70控制的流率流过管束62，然后通过开口12a流出热量回收区58，到达外部设备。从分离器44流出的清洁气体以挡板72控制的流率流过管束64，然后通过开口14a，到达外部设备。

落入槽80的固体受到类似落入槽78的固体相似的作用，因此仅详细讨论图1和2所示反应器10左半部分并包括槽78的工作情况。

起动时或任何其它希望将最大量的固体热返回燃烧段28燃烧床上的运行工况期间，例如低负荷期间，挡板90和100b被打开，而挡板100a被关闭，以使在来自压力气室96的流化空气单独通过压力隔舱96b，从而允许热交换段92的热量回收段92a中位于压力隔舱96a上方的固体“坍塌”，并堵塞开口20b和20c。因此，所有沉积在槽78中的固体将通过开口20d进入热交换段92的密封筒段92b。送到密封筒段92b的固体借助关闭挡板100a被阻止通过至热量回收段92a的开口88a，因为热量回收段92a中的“坍塌”的固体也堵塞了开口88a。但是，挡板100b是同时打开的，以使来自压力气室96的流化空气流过压力隔舱92b，流化密封筒段92b中的固体，并将固体向上带至开口20e，通过该开口，经管线102将固体送至燃烧段28。

在反应器10处于稳定工作状态工况期间，通过使分离出的固体流过热交换段92的热量回收段92a，去除其中的热量。这可通过关闭挡板90b，同时保持打开挡板90a，以使来自压力气室84的流化空气单独流过压力隔舱84a，从而允许槽78中位于压力隔舱84b上方的固体发生“坍塌”，堵塞开口20d。此外，挡板100a是同时打开的，以流化热量回收段92a。因此，沉积在槽78中的所有固体都通过开口20b和20c进入热交换段92的热量回收段92a。流化空气所携带的固体流过热交换管束104，从而将它们的热量传给管中流动的流体，即加热流体，冷却固体。当固体穿过热量回收段92a时，它们通过开口88a送入密封筒段92b。该密封筒段92b被流化，以使固体通过开口20e和管102送至燃烧段28。

可以理解，挡板90a，90b，100a和100b可以部分打开或关闭不同开度，以获得给定运行参数时的最大反应器10的效率，上面仅对极端运行工况作了讨论。

两种运行方式期间，固体都堆积在槽78和密封筒段92b两者中，以形成一个物料头来提供燃烧段28和分离器42间的压力密封。因此，燃烧段28的工作压力是密封的，不受分离器42的工作压力影响，并且阻止了固体回流，从而对反应器10中这两个区段的运行特性产生的不利影响减至最小。

从下部联箱108a向形成壁12和14，隔板20，22，24，26和88，和它们的弯曲上部20a，22a，24a和26a，以及侧壁16和18的壁管供给水。从流化床，气柱和分离器42中传来的热量将一部分水转化成蒸汽，汽和水混合物在壁管中上升并收集在上部联箱108b中。然后蒸汽和水以常规方式，例如在汽包110中分离，分离出的蒸汽通过附设的流体通路送去作功，例如驱动蒸汽轮机，或类似的机器（未示），或在通过汽轮机前，分别通过热量回收区58和60中的管道62和64，以便过热蒸汽，或者在通过汽轮机之后，对其进行再热。分离出的水在汽包110中的新鲜补给水混合，然后利用普通上升管，下降管和供水管112，通过流动回路进行再循环。

同样，如果需要进一步过热，则蒸汽可通过上部联箱106a送入热交换段92的热量回收段92a中的管道104。固体传来的热量进一步加热管104中的蒸汽，并且这一被过热的蒸汽收集在下部联箱106b中。然后这一过热蒸汽从下部联箱106b沿指定路径流过附加的流动回路，以提供极高的热能量或直接供最终使用，例如供给汽轮机。

由此可以看出，本发明反应器10具有多方面的优点。例如，一体化的两个水平旋风分离器，两个再循环热交换器，和两个热回收区它们都集中在一个容器中，能够以减少热量损失和勿需庞大、昂贵的组件的方式使卷入的固体燃料分离，并去除固体燃料中的热量和使固体燃料再循环。特别是，再循环热交换器能使与反应器10相通的流体回路提供附加的热量，例如使产生的蒸汽作最后过热。

此外，热交换段92的密封筒段92b可使燃烧段迅速达到自保持燃烧温度。燃料床最初必须用外部装置点火，但当炉温上升，燃烧即自行保持时，点火器就可以关闭。因此这有助于在点炉期间以最小的热量损失使分离出的固体燃料再循环至燃烧床。密封筒段92b允许分离出的固体燃料直接沿指定路径送至燃烧段，而不必经过任何热交换表面。这样，自保持燃烧温度可更快达到。此外，再循环热交换器中的管束在点炉期间可以得到保护;从而安全过度到反应器10产生出足够的蒸汽，以充分冷却管束104，避免超过管材的设计温度。

本发明再循环热交换器的结构设置还在分离器和燃烧段之间提供了压力密封装置，从而防止固体燃料回流和炉膛段的压力脉动对两部件的运行特性产生不利影响。此外，这种压力密封勿需昂贵或复杂的过程即能形成。

此外，采用卧式旋风分离器就不需在反应器的分离段和燃烧段之间设置气动传送装置，也勿需设置通常用来改变燃烧气体方向的许多导流板和导管。这样，本发明的反应器10便相当紧凑，并可制成易于运输和快速组装标准件，这在反应器用于蒸汽发生器时是特别有利的，如在本说明书中公开描述的。

通过在反应容器中形成分离器和热量回收区，分离器和热量回收区边壁的温度则由于有较冷的流体通过这些边壁而明显降低。结果，分离器和热量回收区的热量损失大为减少，并且内部耐火材料的需求也可减少。同时，延长的和衬有昂贵高温耐火材料管线作业，以及反应器和旋风分离器间，旋风分离器与分离出的固体燃料热交换段和烟气热量回收区之间的延伸连接也可减少。此外，这种特殊的设备定位，导致其本身的设计和结构布置能形成非常大的循环流化床蒸汽发电机系统，其范围达500MW和更大。

可以理解，在本发明范围内还可对上述内容作出各种变换。例如，反应器10的各种部件可以重新组合，以适于在一个容器中组成多于一个燃烧段和两个相连的热交换段的装置。具体地说，如图5所示，该燃烧段被分成两个独立燃烧段114和116，它们分别位于靠前壁12和后壁14处，而不是在容器中央。一台卧式旋风分离器设置在高于每一箱式燃烧段114和116的上部，以从烟气中分离出固体燃料。分离出的固体燃料送入槽118和120，然后送入位于容器中央的热交换段122和124中，而槽和热交换段与上述最佳实施例中描述的相同。这一实施例的唯一附加特征是开口126将热交换段122和124的密封筒段相互连通。

这一优选实施例具有上面最佳实施例的所有优点并有其它一些优点。特别是，为减少反应器的输出功率，一台反应器可以仅有一个燃烧段在运行，且不会使其在低效率的小负荷工况下运行。此外，两个燃烧段可在不同的温度下运行，从而可对流过相应热量回收区的燃烧气体温度进行更有效的控制。此外，开口126允许一个燃段加热固体燃料，并将这些固体燃料送至另一个燃烧段，以预热其流化床，从而加快在该燃料段内达到自保持燃烧温度。

还可对上述公开的发明自由变型，变化和变换，并可在某些实施例中本发明的某个（些）特征将被采用，而未相应采用其它特征。因此广义地和以与本发明的范围相一致的方式解释权利要求是适当的。

Claims (33)

1、一种流化床反应器，包括：

一个容器；

第一和第二大体垂直并隔开的构件，其在容器的相对两壁间延伸以将该容器隔成第一，第二和第三部分；

一个燃烧段设置在第二部分中，并具有支撑包括燃料的颗粒固体物料流化床的装置，燃料燃烧产生热量并生成燃烧气体和卷入的颗粒固体的混合物；

设置在容器中的分离装置，其用于从燃烧气体混合物中分离出卷入的颗粒固体；和

第一和第二热交换装置，其分别设置在第一部分和第三部分中，用于从分离的颗粒固体和分离的燃烧气体中接收和去除热量。

2、如权利要求1所述的流化床反应器，其中每一热交换器包括：

-燃烧气体热量回收区，用以接收和去除分离的燃烧气体中的热量;和

-再循环热交换器，用以接收和去除分离的颗粒固体中的热量。

3、如权利要求2所述的流化床反应器，其中每一再循环热交换器包括：

-热量回收段，用以去除分离的颗粒固体中的热量;和

-密封筒段，用以密封和阻止分离的颗粒固体从燃烧段向分离装置回流。

4、如权利要求3所述的流化床反应器，其中第一和第二构件包括从分离装置延伸至再循环热交换器的管件。

5、如权利要求4所述的流化床反应器，进一步还包括用以有选择地将在管道中分离的颗粒固体导至热量回收段和密封筒段的装置。

6、如权利要求4所述的流化床反应器，进一步还包括用以单独使管道，热量回收段和密封筒段流化的装置，以便有选择地将分离的颗粒固体从管道导至热量回收段和密封筒段。

7、如权利要求1所述的流化床反应器，其中分离装置包括至少一台水平延伸的旋风分离器。

8、如权利要求1所述的流化床反应器，其中分离装置包括至少一台旋风分离器，每一旋风分离器包括：

弯曲的壁部分，用以形成一大体为圆筒形的水平布置的涡室，该涡室用以在离心力作用下从燃烧气体中分离出卷入的颗粒固体;

由弯曲壁形成的并沿涡室长度延伸的进口装置用以接收进入涡室的混合物;

由弯曲壁形成的并沿涡室长度延伸的出口装置，用以从分离段排出分离出的固体;和

一圆筒件，其同轴地设置在一部分涡室中，用以从分离段排出分离的燃烧气体。

9、一种流化床反应器，包括：

一个容器;

一设置在容器中的燃烧段，并具有支撑包括燃料的颗粒固体流化床装置，该燃料燃烧产生热量，并生成含有燃烧气体和卷入的颗粒固体的混合物;

分离装置，用以接收混合物，和从燃烧气体中分离出卷入的颗粒固体;

一再循环热交换器，包括：

一个槽件，有以接收从分离段分离的颗粒固体;

一个热量回收段，用以接收直接从槽中排出的分离的颗粒固体，并去除分离的颗粒固体中的热量;

一个密封筒段，用以接收直接从两个槽中或从热量回收段排出的分离颗粒固体，并密封和阻止分离的颗粒固体从燃烧段向分离装置回流;和用于单独地流化槽件，热量回收段和密封筒段的装置，以有选择地将分离的颗粒固体，从槽导至热量回段和密封筒段。

10、如权利要求9所述的流化床反应器，其中槽件与热量回收段和密封筒段共用一个第一公共壁，热量回收段与密封筒段共用一个第二公共壁。

11、如权利要求9所述的流化床反应器，进一步还包括一热量回收区，用以接收分离的燃烧气体，该热量回收区，分离装置和再循环热交换器全部设置在容器中。

12、如权利要求9所述的流化床反应器，进一步还包括一个与第一再循环热交换器相同的第二再循环热交换器，并且与之共用一个公共壁，该公共壁具有一开口，用以将分离的颗粒固体，从一个再循环热交换器送至另一个再循环热交换器。

13、一种流化床反应器，包括

一个容器，

第一和第二大体垂直并隔开的构件，其在容器的相对壁间延伸以将容器隔成第一，第二和第三部分;

两个燃烧段分别设置在第一和第三部分中，每一燃烧段具有支撑包括燃料的颗粒固体物料的流化床装置，该燃料燃烧产生热量并生成含有燃烧气体和卷入的颗粒固体的混合物;

设置在容器中的分离装置，用以从燃烧气体混合物中分离卷入的颗粒固体;和

热交换装置，设置在第二部分中，用以接收和去除分离的颗粒固体和分离的燃烧气体中的热量。

14、如权利要求13所述的流化床反应器，其中两个热交换装置分别设置在与两个燃烧段相邻处，每一热交换装置包括：

-燃烧气体热量回收区，用以接收分离的燃烧气体;和

-再循环热交换器，用以接收分离的颗粒固体。

15、如权利要求14所述的流化床反应器，其中每一再循环热交换器包括：

-热量回收段，用以去除分离的颗粒固体;和

-密封筒段，用以密封和阻止分离的颗粒固体从燃烧段向分离装置回流。

16、如权利要求15所述的流化床反应器，其中第一和第二构件包括从分离装置延伸至再循环热交换器的管件。

17、如权利要求16所述的流化床反应器，进一步还包括用以有选择地将管件中分离的颗粒固体导至热量回收段和密封筒段的装置。

18、如权利要求16所述的流化床反应器，进一步还包括用以单独地流化管件，热量回收段和密封筒段（中物质）的装置，以有选择地将分离的颗粒固体从管件导至热量回收段和密封筒段。

19、如权利要求13所述的流化床反应器，其中分离段包括至少一台水平延伸的旋风分离器。

20、如权利要求13所述的流化床反应器，其中分离装置包括至少一台旋风分离器，每一旋风分离器包括：

弯曲的壁部分，并形成一大体圆筒形的水平布置涡室，用以在离心力作用下，以燃烧气体中分离出卷入的颗粒固体;

进口装置，由沿涡室长度延伸的弯曲壁形成，用以接收进入涡室的混合物;

出口装置，由沿涡室长度延伸的弯曲壁形成，用以从分离段排出分离的固体;和

一圆筒件，同轴设置在一部分涡室中，用以从分离段排出分离的燃烧气体。

21、如权利要求13所述的流化床反应器，其中每一热交换装置包括一再循环热交换器，它具有：

-热量回收段，用以去除分离的颗粒固体的热量;和

-密封筒段，用以密封和阻止分离的颗粒固体从燃烧段向分离装置回流。

22、如权利要求21所述的流化床反应器，进一步还包括让分离的颗粒固体在密封筒段间通过的装置。

23、如权利要求21所述的流化床反应器，其中（两个）密封筒段共用一个公共壁，该壁上有一个开口，用以让分离的颗粒固体在（两个）密封筒段间通过。

24、一种流化床反应器，包括：

一个容器;

一个设在容器中的燃烧段，包括支撑颗粒固体物料-包括燃料的流化床装置，燃料燃烧产生热量和生成含有燃烧气体和卷入的颗粒固体的混合物;

分离装置，用以接收混合物和从燃烧气体中分离出卷入的颗粒固体;

第一舱，用以接收从分离段分离的颗粒固体;

第二舱，其被间隔成一个用于去除分离的颗粒固体中热量的热量回收段，和一个用以密封和阻止分离的颗粒固体从燃烧段向分离装置回流的密封筒段;和

用以单独流化第一舱和上述各段，以便有选择地将分离的颗粒固体从第一舱直接导入热量回收段或密封筒段的装置。

25、如权利要求24所述的流化床反应器，其中分离装置包括至少一台旋风分离器，每一旋风分离器包括：

弯曲壁部分，并形成一大体圆筒形的水平布置的涡室，用以在离心力作用下，从燃烧气体中分离出卷入的颗粒固体。

进口装置，由沿涡室长度延伸的弯曲壁形成，用以接收进入涡室的混合物;

出口装置，由沿涡室长度延伸的弯曲壁形成，用以从分离段排出分离出的固体物料;和

一个圆筒件，同轴地设置在一部分涡室中，用以从分离段排出分离的燃烧气体。

26、如权利要求24所述的流化床反应器，进一步还包括：

第三隔舱，用以接收从分离装置分离的颗粒固体;

第四隔舱，其被隔成一个用以去除分离的颗粒固体中热量的热量回收段，和一个用以密封和阻止分离的颗粒固体从燃烧段向分离装置回流的密封筒段;和

用以单独流化第三隔舱和第四隔舱的各段的装置，以有选择地将分离的颗粒固体从第三隔舱直接导入第四隔舱的热量回收段或密封筒段。

27、如权利要求26所述的流化床反应器，其中第二和第四隔舱共用一个公共壁。

28、如权利要求27所述的流化床反应器，其中公共壁具有一开口，用以使分离的颗粒固体在第二和第四隔舱间流通。

29、如权利要求26所述的流化床反应器，其中分离的颗料固体一部分从分离装置送往第一隔舱，分离的颗粒固体另一部分从分离装置送往第三隔舱。

30、如权利要求29所述的流化床反应器，其中分离装置包括两个水平旋风分离器。

31、如权利要求26所述的流化床反应器，其中分离装置和所有隔舱都设置在容器中。

32、如权利要求31所述的流化床反应器，进一步还包括一燃烧气体热量回收区，它设置在容器中，用以接收分离出的燃烧气体。

33、如权利要求26所述的流化床反应器，其中第一和第三隔舱被燃烧段隔开。

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