CN1141073A - 控制循环流化床反应器中床温的方法和设备 - Google Patents

Abstract

循环流化床CFB反应器(6)中的床温是通过改变由次级粒子分离器(22)收集的且返回到CFB反应器(6)的粒子环流速率而受控的，粒子贮藏装置(40)因燃料/吸附剂变化和/或载荷变化，所以尺寸制造得具有按装料量/温度控制所述要求的装料量，贮藏的粒子是由所述分离器(22)收集。一炉床温度控制系统(80)控制返回到反应器(6)的环流速率。在装置(40)上设水平传感装置(44)。与系统(80)相配合的固体贮存水平控制系统(81)可通过一清除系统(46)控制贮藏装置中的固体装料量。

Description

控制循环流化床反应器中床温的方法和设备

发明的领域

本发明一般涉及循环流化床(CFB)反应器或燃烧器，更具体地说，涉及到控制CFB反应器或燃烧器床温的方法和设备。本发明可通过控制由次级粒子分离器所收集的粒子循环速率和将其从贮藏装置传送到CFB反应器而达到这种结果。

发明的背景

用于产生工业过程需要的和/或发电用的蒸汽的CFB反应器或燃烧器在现有技术方面是众所周知的。图1、2和3表示各种已知CFB结构。图示的CFB反应器或燃烧器一般用标号1表示之。通常向含有流体冷却管的壳体墙8内部的反应器壳体或炉子(燃烧室)6的底部供给燃料2和吸附剂4。提供给空气室(风箱)12的、供燃烧和流体化用的空气10可通过分配板14上的孔进入炉子6。含有夹带粒子或固体16(起反应或不起反应的粒子)的可燃气体(烟道气体)向上流过炉子6，并且将热量释放到壳体墙8。在大多数设计中，补充空气是通过热空气管道18供给予炉子6的。还设置一炉床排放清除器19。

在炉子6内的烟道气体中夹带有起反应和不起反应的固体，并且向上的气流将这些固体传送到炉子6上部的出口。在那里，一部分固体由一初级粒子分离器20所收集且在受控或未受控的流动速率下返回到炉子6的底部。初级粒子分离器20的收集效率通常按照有效性能和/或减低排放到大气中的气体中的固体含量的需要不能足够地保持炉子6中的粒子。为此，在初级粒子分离器20的下游设置有附加的粒子分离器。

参阅图1，在一已知CFB反应器结构中，为获得有效的CFB运行，设置有收集循环流过初级粒子分离器20的粒子的一次级粒子分离器22和其附带的固体重复循环装置。气体和固体分别将热量释放到位于初级和次级粒子分离器20、22之间的对流受热面26。为符合粒子排放要求的最终的气体排放，在次级粒子分离器22的下游(相对于烟道气体流和夹带的粒子16)设置有一末级或三级粒子分离器28。一清除装置30可用以排出由次级粒子分离器22收集的来自烟气中的固体。

在图2所示的另一CFB反应器结构中，次级粒子分离器22是一末级粒子分离器。在此情况下，为了符合CFB炉子的有效性能要求以改善粒子滞留(保持)，由次级粒子分离器22收集到的固体或粒子可部分地循环流经循环输送管道(管路)24进入CFB反应器6的底部。一清除装置30排放由次级粒子分离器收集的来自烟气中的固体。

当来自次级粒子分离器22的固体重复循环需要有效系统运行时，相当于具有给定固体输入流量的CFB系统材料平衡的重复循环速率是随固体的物理特性、初级和次级粒子分离器20、22的各自效率和通过下述条件之一施加于循环速率的极限或指标而变化的，这些条件为：a)固体重复循环装置24的容量；b)通过位于初级粒子分离器20下游对流受热面的最大容许固体负荷；c)具有最优CFB反应器性能(依据燃烧效率、吸附剂的使用、对流受热面的浸蚀率和/或固体重复循环系统的维修费用以及d)CFB炉子6的炉床温度的下限。

当来自次级粒子分离器22的重复循环速率与另一方面由于上述限制条件之一、由材料平衡所确定而获得的速率相比较而受到限制时，过量的循环固体是可从次级粒子分离器22中除去的、且通过如图1和2所示的清除装置30加以处理(排出)，以适应重复循环的限制。

在已知系统中，最低固体装料量是通过清除装置30控制的排出速率而得以保持在次级粒子分离器的料斗32中。在该系统中，增加来自次级粒子分离器22的循环固体的流动速度只能做到渐渐地增加在CFB反应器1中的固体装料量。循环流量(和装料量)的速率的增加是由改变次级粒子收集器(分离器)的排出流动速率所支配的，当循环流量开始增加时，排出流动速率减低到零。在图1的系统中，排出流动速率一般不大于10％重量循环流量，而重复循环流动速率不能足够地响应反应器装料量控制。

图3示意地表示在Strombery的美国专利号4,538,549中所揭示的已知CFB反应器或锅炉系统。在该系统中，在CFB反应器炉6中的炉床温度是通过调节由初级粒子分离器20收集的固体循环速率来改变炉子6中的循环固体装料量，并且固体是贮藏在置于初级粒子分离器20下面的初级粒子贮藏料斗34中的。在初级粒子贮藏料斗34中的固体质量是根据CFB反应器控制要求而变化的。当在炉子中需要有更多的装料量以减低炉床温度时，通过反应器壳体或炉子6的底部与初级贮藏料斗34连接的竖管或非机械的L阀36来增加固体循环速率。因此，一部分贮藏的炉床材料转换成炉子6的装料量的一部分。当需要降低CFB反应器装料量时，产生相反的动作而使固体积聚在初级粒子贮藏料斗34中。

在图3所示的CFB设备中，来自次级粒子分离器22的循环固体的流动速率、按照材料的平衡而被确定为“不受控制的但可自调整的”(按美国专利号4,538,549，第7纵行第16-19行)。然而，使用CFB系统反应器或锅炉的运行经验和美国专利号4,538,549的控制方法显示有下述的缺点：

a)在填充床领域中输送贮藏在初级粒子贮藏料斗34中的固体，由于在填充床中的粒子趋向于在约1600°F温度下烧结引起流动性问题，这个问题对于流化床燃烧应用是典型的问题；以及

b)需要完成这种控制方法的加热粒子的贮藏，传送和控制装置意味着具相当大的成本并对CFB设计的复杂性产生影响。

已经提出一种改进的CFB反应器(转让予巴布考克和威尔考斯公司的1993年3月25日提出的美国专利序号08/037,986)，其中，固体由一整个内装的初级粒子分离器收集，由此内部收集的粒子直接地回送到CFB反应器的底部。改进的CFB反应器因此消除了诸如竖管和L阀之类的任一外部循环装置的需求，从而大量地简化CFB反应器的结构和降低了其制造费用。这种设计与美国专利号4,538,549相比较的缺点在于它通过调整来自初级粒子分离器的固体重复循环流速控制在一CFB反应器中循环材料的装料量而不设置炉床温度控制。

因此，有必要出现一种控制CFB反应器中炉床温度的方法和设备，而不依靠由初级粒子分离器收集的受控粒子的重复循环。

本发明的简要说明

本发明以特有的方式通过CFB反应器环流材料的装料量来实现这些和其它的目的。本发明控制由次级粒子分离器收集到的固体环流速率，在由次级粒子分离器收集到的固体的贮藏装置和在CFB反应器之间输送固体物料，而不是控制从初级粒子分离器返回到CFB反应器的固体环流速率。

固体重复环流速率由床温控制系统控制，它改变炉子6装料量以将炉温保持在一目标水平(范围)。炉床温度目标值是作为CFB反应器函数所确定的。炉子装料量是随实际和目标炉床温度而调整的。炉子装料量上的变化是通过在炉子和次级分离器贮藏装置之间输送固体而达到的。

因此，本发明的一个方面，涉及到一循环流化床反应器，它具有一容纳和输送循环流化床材料的壳体，所述壳体具有一下部和上部。设有一初级粒子分离装置，它收集流经和取自反应器壳体气流内所夹带的粒子。设置有使通过初级粒子分离器收集的粒子返回到所述反应器壳体下部的装置，设有次级粒子分离装置，在气体已流经所述初级粒子分离装置后进一步收集在来自反应器壳体气体内夹带的和仍保留的粒子。设置由所述次级粒子分离装置收集的粒子的粒子贮藏装置。粒子贮藏装置具有一按炉床温度控制要求由在反应器壳体中的环流固体装料量变化范围内所确定的贮藏容量，并且考虑到所预期的燃料和吸附剂性能的变化以及所述反应器的载荷变化。设置有一重复循环系统，用于可控制由所述次级粒子分离装置收集的粒子环流和将贮藏在所述粒子贮藏装置中的粒子回送到反应器壳体的下部。设置有一床温度控制系统，用于控制从所述粒子贮藏装置进入所述反应器壳体的固体环流速率以便按照对控制所述反应器壳体中的循环流化床温度的要求改变循环流化床反应器中的环流固体的物料量，最终，设置有一与所述床温控制系统相互配合的固体贮藏水平控制系统用于按床温控制要求控制在所述粒子贮藏装置中的固体物料量。

本发明的另一方面也涉及到循环流化床反应器；然而在该实施例中，粒子贮藏装置是远离所述次级粒子分离装置的位置。

本发明的再一方面涉及到控制含有固体材料并使固体材料通过一循环流化床反应器的反应器壳体而被输送的循环流化床床温的方法，所述反应器包括初级和次级粒子分离装置。所述方法的步骤包括收集在所述初级粒子分离装置中的流经和来自反应器壳体气体内夹带的粒子，和非控制地将所述粒子送回到所述反应器壳体。次级粒子收集器用于在气体已流经所述初级粒子分离装置之后进一步收集在来自所述初级粒子分离装置之后进一步收集在来自所述反应器壳体的气体内所夹杂的粒子。这些经进一步收集到的粒子通过所述次级粒子收集器而被贮存在粒子贮藏装置中，且可控制地从与所述粒子贮藏装置连接的在料斗返回入反应器壳体中，以便按照控制对在所述反应器壳体中的循环流化床床温的要求来改变在循环流化床反应器内的环流固体的物料量。

各种表示本发明的新颖性特点在所附权利要求中加以详细指出并形成本说明书的一部分。为了更好地理解本发明，其操作优点和通过其使用而得到特有的效益，可参考表明本发明较佳实施例的说明性内容。

附图的简要说明

图1是一已知循环流化床(CFB)系统示意图，它具有外部的初级、次级和三级粒子分离器，和将收集到的环流粒子从初级和次级粒子分离器回送到CFB。

图2是一已知CFB系统的示意图，它具有外部的初级和次级粒子分离器，和收集到的环流粒子从初级和次级粒子分离器回送到CFB。

图3是一已知CFB系统的示意图，它具有外部的初级和次级粒子分离器，收集到受控环流粒子从一初级粒子贮藏器回送到CFB以控制CFB反应器的床温，以及收集到环流粒子通过次级粒子分离器回送到CFB。

图4是本发明第一实施例的示意图，其中所设置的环流粒子装置由一次级粒子分离器收集和贮藏在直接位于次级粒子分离器下面的贮藏装置中，且接受控速率回送到CFB反应器，以便根据控制CFB反应器床温的要求改变环流固体的装料量。

图4a、4b和4c是图4的粒子是图4的粒子环流装置的几个实施例示意图；以及

图5是本发明的第三实施例的示意图，其中，所述粒子贮藏装置设置在远离所述次级粒子分离装置的位置。

最佳实施例的说明

在下述的论述中，在整个形成说明书的一部分的几个附图中，相同数字号代表同一或类似元件(部件)。本发明的第一实施例的示意图示于图4中。当然，尽管为了清楚说明的目的在图4和5中示意地示出了与反应器6分隔开的初级粒子分离器20，但是图4和5的两个实施例包括前述转让予巴布考克和威尔考克斯公司的、1993年3月25日提交的美国专利申请序号08/037,986的改进的CFB反应器，在该反应器中，固体由完全内部初级分离器加以收集，分离器还把所收集的粒子由其内直接回送到CFB反应器的底部，而结合在本发明中的上述专利申请的文本作为参考。粒子16是通过一次级粒子分离器22从烟气(废气)中收集到并在受控速率下循环返回到CFB反应器以改变CFB反应器中的环流固体的装料量，因而控制CFB反应器炉床温度。一炉床温度控制系统80用于控制返回到CFB反应器6的粒子重复循环的速率。一种对锅炉负荷X、炉子压力降ΔP、温度T和粒子重复循环速率的各种敏感元件和/或传送元件的布置给炉床温度控制系统80提供能够反映CFB反应器运行状态的信号，因此这种布置能确定和调整返回到反应器6的所需粒子重复循环速率。为贮藏粒子16而提供一次级粒子贮藏装置40。一固体贮藏水平(贮位)控制系统80可控制贮藏装置40内的粒子装料量或水平(贮位)。贮藏装置40可包括一罐或其它类似容器且一般可直接位于次级粒子分离器22的下面。一设置在贮藏装置40下部的料斗42。为了炉床温度控制的需要，考虑到燃料、吸附剂性能和负荷变化的预期可变性，贮藏装置40具有由反应器6壳体内的循环固体装料量变化范围所确定的容量。贮藏装置40装备有通常用44来标记的用于传感其内的固体贮位(水平)的贮位传感装置。贮藏水平控制根据所检测到的固定贮位和预定目标贮位(水平)比较来控制贮位。

在第一实施例中，贮位传感装置44可包括一个或多个位于贮藏装置40上的固体贮位传感元件，例如用于测定在一个或多个离散的预定位置上的固体贮位的电容探头。最简单的方法涉及在贮藏装置40上的两个位置，即相当于其中的一“高”或所需最高固体贮位和一“低”或所需最低固体贮位。如果需要的话，可用几个探头，每一探头位于贮藏装置40上的有影响的位置上。例如，如图所示，可选择三个贮位，第一对应于“中间”固体贮位M，第二个对应于“低”固定贮位L，第三个对应于“高”固体贮位H。特定控制操作可以基于测定的固体贮位和这三个预定贮位的比较而设计。

在第二实施例中，传感装置40可包括在贮存装置40内的任一位置上提供一连续的(或不连续的)测定的固体贮位的装置。在这样一个实施例中，图中所示的标记L、M和H可更精确地表示预置入炉床温度控制系统80的设定点水平(Level)，而固体贮位控制系统81就不是贮位(水平)传感元件的实际物理位置。

清除装置46有利地设置有一与料斗42连接的一放出管路72、一放出管路48和一固体流量控制装置50以便控制在粒子贮藏装置内的固体贮位。固体流量控制装置50一般包括在贮藏水平控制系统81控制下的一可遥控闸阀或类似的“接通-断开”类装置。放出管路48将固体排放入稳压罐51中，固体则从此罐中排出以便通过一固体抽空系统51’，有利的是由一气动系统加以处理(排除)。稳压管51被选择得可提供一缓冲容量，因此固体抽空系统51’的容量不需要等于清除装置46的容量，从而使固体抽空系统51’可循环地操作。

一重复循环系统52由床温控制系统80加以控制以获得从贮藏装置40经过料斗42返回到反应器壳体或炉子6底部的所需的固体循环流动速率，从而按控制CFB反应器床温的需要改变反应器中循环固体的流量(装料量)。重复循环系统52有益地包括一将固体从料斗42送回到炉子6的底部的重复循环管路54。提供一通过重复循环管路54以检测图4中的S和控制固体流动速率以及在较高压级位(存在于进入炉子6固体引入点)和较低压级位(存在于料斗内)之间的压力密封的装置。这些检测和控制装置是与床温控制系统80可操作地连接的。

本发明设想到几个重复循环系统52的实施例以提供固体流动速率的控制和压力密封功能。这些例子示意地示于图4a，4b和4c中。如图4a所示，系统52的一个实施例使用诸如回转阀56的机械装置，以提供一压力密封和一通过阀控制输送的固体的速率的装置。在此情况下，回转阀速度传感器S用于检测环流固体的流动速率。如图46所示，第二实施例使用诸如L-阀系统58的非机械装置。供给L-阀的空气提供环流固体的流量控制。在此实施例中，供给L-阀的空气流动速率是用于检测环流固体的流动速率。最终，图4C表示一种结构，在这一种结构中使用机械和非机械装置两者(用于流动速率控制的回转阀和用于压力密封的J-阀或环形水封)。

在贮存水平(贮位)控制系统81的控制下，消除装置46排放来自料斗42的固体从而保持在贮存装置中所需固体贮位(水平)。图4a-4c表示重复循环系统52的三种变型，当然也可使用其它结构。

将在下面更全面地讨论由炉床温度控制系统80和贮藏水平控制系统81采用的配合控制动作，这是取决于在贮藏装置40中的检测固体贮位(水平)和预定固体贮位极限的比较而定的。例如，当检测贮位是在“低”的或低于“低”的贮位时，就不能增加返回到CFB反应器的粒子环流(循环)速率，实际上，粒子环流速率将降低到直到贮藏装置40中的固体水平处于“低”的贮位位置之上为止。

本发明的第二实施例示于图5中。在该结构中，一粒子贮藏装置60设置得可贮存通过次级粒子分离器22从废气中去除的粒子，但贮藏装置60是处于远离次级粒子分离器22的位置。贮藏装置60可包括一在其下部带有料斗62的罐或类似的容器，而贮藏装置60的贮藏容量是使用早先的描述的贮藏装置40的同一准则而选定的。水平(贮位)传感装置，通常用标号64表示之，是用于检测贮藏装置60内的固体贮位，并可采用与贮藏装置40有关的早先所叙述几个实施例的形式。

在图5中，料斗42与次级粒子分离器22的下部直接连接。重复循环系统52再一次可控制通过次级粒子分离器22从料斗42返回到炉6下部收集到的环流粒子。流经循环管路54的流动速率通过回转阀速度传感器5而提供给炉床温度控制系统80。此外，其它各种用于锅炉负荷X，炉的压力降ΔP，温度T，速度(RPM)S的传感元件和/或传送元件将CFB反应器上的操作参数的信息提供给炉床温度控制系统80。重复循环系统52受到控制主要由于从成本和功率观点来看不希望所有由次级粒子分离器22的收集和循环的固体通过一固体传送系统(下文将叙述之)而循环流入贮藏装置60内。

在图5的实施例中，设置在料斗42上的固体贮位传感装置44’用于检测在其内部的粒子的“高”的和“低”的贮位。清除装置46再一次在贮藏水平控制系统81的控制下与炉床温度控制系统80相互作用以清除来自料斗42的固体，而在料斗42中保持所需的固体贮位。介于“高”限和“低”限之间的料斗容量是由固体清除系统46的正常功能所需的最小值所确定而无需过多的经常工作周期，料斗的尺寸标准类似用于已有技术的料斗32。

设置有一固体输送系统66，较佳的是一气动输送器，它包括一输送管路68和例如一回转阀70的固体流量控制装置。如图5所示，固体输送系统66接收来自料斗42所收集的粒子并将粒子输送到贮藏装置60。输送管路68可在料斗42和阀50之间的一点(如图5所示)直接与清洗管路72连接，或者也可直接与料斗42连接。

一喷射系统74通过喷射管路76与料斗62和炉子6连接。在此实施例中，喷射系统74是处于炉床温度控制系统80的控制下，并具有将固体装料传送到炉子6(从贮藏装置60)的主要职责以便获得所需的炉子装料量，从而获得所需炉床温度。诸如L-阀78或回转阀的固体流量控制装置被设置在喷射管路76内。此外，固体流量控制装置可以是机械型的，非机械型的或两者的组合。

图5中的远距离设置的粒子贮藏装置60可以当CFB系统的结构在次级粒子分离器22的下面不具有足够的空间以安装所需容量贮藏装置40上时具有利的作用。远距离设置也可提供在贮藏装置60的底部和炉子6底部之间的高度差。这样的高度差通过例如使用L-阀，J-阀，气动滑阀，自流式卸料槽等所需的重力助推固体传送，而获得较佳的可靠性和简便性。本发明的操作原理

一已知CFB反应器炉床温度控制系统用于改变炉子的装料量以调节炉子的吸热量，因此测得的炉床温度可与根据反应器负荷或锅炉蒸汽流量确定的目标炉床温度比较。反应器装料量是作为本行业技术人员熟悉的在反应器壳体6内的特定高度之间的压降或压力差而测得的。

本发明依靠此已知控制技术通过提供炉床温度控制系统80而建立，炉床温度控制系统80改变从次级粒子贮藏装置40或60注入反应器壳体6的固体流动速率而获得所需反应器装料量，因而获得所需炉床温度。固体贮藏水平系统81通过固体清除装置或输送贮藏装置40或60的目标装料量作为反应器负荷和炉子装料量的函数，限定在预定的“高”和“低“水平之间或交替地将贮藏装置40或60的装料量目标置定在“高”极限上而得以选择和保持的。

本发明的方法是更为有效的，当在CFB系统中使用一种比较不太有效类型的初级粒子分离器20，例如冲击型粒子分离器，在次级粒子分离器后面有一未级或三级固体收集器(例如，除尘室或静电沉淀器)。在此例子中的次级粒子分离器典型的是一机械分离器(例如，多管旋风除尘器或旋风除尘器)，它们对收集最细尺寸的粒子不是十分有效的。但是，从装料量控制观点来看，因为它有助于避免循环物质和不滞留在反应器中的粒子所不希望的稀释，这就是一个优点。

在稳态操作过程中，使用从初级粒子分离器20返回的未受控固体，在CFB炉子6中的总固体装料量和其在炉子6的致密部分(下炉床)和稀薄部分(上炉床)之间的分配是由燃料2，吸附剂4的性能和输入流量，初级粒子分离器20和次级粒子分离器22的收集效率、在CFB反应器中的气体速度、在供给予风箱12的空气和过热空气18之间的空气分流，通过炉床排放清洗器19离开的固体流动速率，以及来自次级粒子分离器22的固体环流速率等上述条件所确定的。在稳态条件下，环流速率是通过反应器性能要求而调整的，而由次级粒子分离器22收集的固体清除速率可保持系统中的固体平衡。

炉床温度控制系统80在测定炉子温度高于目标值时推导出一增加炉子装料量的请求，而在测定温度低于目标值时则减低炉子装料量。炉温目标通常是CFB反应器或锅炉负荷(或锅炉蒸汽流量)的函数，且考虑到操纵人员的调节(偏差)。为更多的动态调节作用，稀薄炉床装料量也是通过作为在反应器或炉子壳体6的上部两点之间压力差而被测定的，且与作为CFB反应器负荷的函数的预定炉子装料量目标比较。炉床温度控制系统80把测定的炉温和压力差与其相应目标水平比较，并使用已知信号处理装置推导出相当于从贮藏装置40或60环流送入炉子6的所需固体流量的请求信号。请求信号与实际固体循环速率(由回转阀速度或由控制空气流量的L-阀测量)比较，而改变环流速率以符合该请求。

有关图4中所示的系统，炉床温度控制系统80与设置在重复循环系统52中的粒子流量装置56和/或58相互配合(阅图4a-4c)。

有关图5所示的系统，炉床温度控制系统80设置在喷射系统74和重复循环系统52中的粒子流量控制装置相互配合。当来自炉床温度控制系统80的请求信号是要增加炉子的装料量，-控制信号被输送到喷射系统74和重复循环系统52。在系统52中的循环速率的反馈调节是通过在固体贮藏水平控制系统81和炉床温度控制系统80之间的相互配合而提供的。当有一增加炉子装料量的信号，那么这种调节在料斗42处于“高”水平时将增加通过重复循环系统52的循环流量，而当料斗处于“低”水平时则将降低循环流量。同样，当有一减少炉子装料量的信号时，一信号被输送到喷射系统74以停止固体的喷射，以及此信号被输送到重复循环系统52以根据料斗42中的水平位置使用相应的反馈调节以降低循环流量。

用于调节环流速率而施加在控制动作的限制如下：

在图4和5的实施例中，通过重复循环系统52的环流速度不能增加到预定最大流量极限(值)范围之外。

当在贮存装置40(图4)或料斗42(图5)的贮位(水平)是在“低”或在“低”限之下，就不能增加流经重复循环系统52的环流速率，这是因为为保持压力密封没有充分数量的粒子可供环流。

当炉子的总装料量差是在预定最大极限或之上，就不能增加流经重复循环系统52循环速率(这主要是由于系统受到将空气提供给CFB反应器的风扇容量所限制)。

固体贮藏水平控制系统81控制在贮藏装置40(图4)，贮藏装置60以及料斗42(图5)中的固体水平(贮位)。

在图4的实施例中，固体贮藏水平控制系统81：

(a)当贮藏装置40中的固体贮位是在目标贮位(水平)或之上时(目标贮位可达到和包括“高”贮位在内的)，它打开排放阀50，就没有来自炉床温度控制系统80请求以增加流经重复循环系统52的固体循环速率，以及；

(b)当在贮藏装置40中的固体贮位低于目标贮位时，它使排放阀50闭合。

在图5的实施例中固体贮藏水平控制系统81：

(a)当在贮藏装置60中的固体贮位是处在目标贮位或之上时(目标贮位可达到和包括“高”贮位)，它打开清除阀50，就没有来自炉床温度控制系统的请求以将固体从贮藏装置60喷射到反应器6，而在料斗42中固体贮位是在“高”限或之上；

(b)当贮藏装置60中的固体贮位是在目标贮位之下，增加流经输送管路68的固体流量，而料斗中的固体贮位是在“低”限之上；以及

(c)当贮藏装置60中的固体贮位是在目标值之下，它使清洗阀50关闭。

图4的实施例，按照本发明的系统，是按下述加以操作和控制的：

来自贮藏装置40环流速率根据由炉床温度控制系统80所设定的请求而变化。控制清除速率以保持在贮藏装置40中的目标装料量水平。

例如，当炉床温度由于燃料或吸附剂性能上的变化而增加，就必须通过反应器的受热而增加吸热来控制炉床温度。这是通过增加在炉床稀薄(上部)部分中的固体装料量(密度)而做到的，而大部分受热面是位于炉床上部。这可通过减低离开炉床排放清除器19的固体流动速率而达到的，但是与来自初级粒子分离器20或次级粒子分离器22的环流固体流量比较，由于炉床排放清除器的低容量，这种类型的控制动作是缓慢的。因为密集(下部)炉床装料量趋向于比稀薄(上部)炉床装料量增加得更快，因此这也是低效率的。反应器总装料量的增加也导致了压力送风机的较高压力，结果是较高的功率消耗。

本发明提供一较佳的方法以增加稀薄炉床装料量，这是通过增加由次级粒子分离器22收集的，贮藏在贮藏装置40中且进入反应器的固体环流速率而实现的。因为使用了较之炉床排放清除速率19更快环流速率控制作用，而且由于来自贮藏装置40的环流速率的变化，基本上对稀薄(上部)炉床装料量起作用，而密集(下部)炉床装料量则起少量变化，因此控制作用也显得更为有效。这些不同的控制作用的发生在于那些通过初级粒子分离器20而容纳在贮藏装置40中的固体而且其尺寸(粒度)较之由初级粒子分离器20所收集的更细。

夹杂在烟气中的粒子1 6的尺寸范围约在5-800微米(1微米＝1×10^-6米)之下。初级粒子分离器20对于大于75微米的粒子是有效的，而且可收集几乎所有大于250微米的粒子。次级粒子分离器22通常可收集夹杂于烟气中的大于5-10微米的粒子而且可收集几乎所有大于75微米的粒子。

通过改变来自次级粒子分离器22的环流速率的稀薄(上部)炉床装料量控制的程度是由贮藏在贮藏装置40中的粒子尺寸分布数量确定的。用于稀薄(上部)炉床的流量控制量大量的粒子是那些由初级粒子分离器20有效地收集的粒度级粒子(典型的、带有冲击型初级粒子分离器的CFB反应器的那些大于75微米的粒子)。由次级粒子分离器22吸收的和贮藏在贮藏装置40中的75-250微米范围内的粒子16，其粒子环流速率的任一增量的增大会导致在初级粒子分离器20中环流速率15-25倍的较大的增量增大(假定在此粒度范围内初级粒子分离器20的分数收集效率为93-95％)。那些由初级粒子分离器20不能去除的较小粒子将不留存在反应器6中，将流动到次级粒子分离器22中。

另一方面，添加250-800微米范围内的粒子，以增加稀薄炉子装料量，其效率比添加75-250微米范围内的粒子较差。这是因为这些粒子的大部分将聚集在密集的(下部)炉子装料量中。结果，测定的炉子6的温度是高的，在炉床温度控制系统80内装料量控制功能产生一增加稀薄(上部)装料量的信号，而可增加从贮藏装置40通过系统52的环流流量。这样将导致在贮藏装置40中的装料量减少，而使在CFB反应器炉6的装料量增加。作为该控制作用的结果，当贮藏装置40中，贮位降到低于目标贮位，使从料斗42经过清除装置46的固体流动停止。经初始的过渡周期后，在炉子6和在贮藏装置40中的固体装料量以及经过系统52的固体环流速率将在一新的数值下稳定，即炉子6的较高装料量，贮藏装置40中的较低装料量，和环流系统52中的较高环流速率。

在不具有来自料斗42的固体清除情况下，连续地将固体(燃料、吸附剂等)输入到CFB中，将导致贮藏装置40中的装料量缓慢地增加。从贮藏装置40通过清除装置46没有经受排放的固体直到在贮藏装置40中固体贮位达到目标贮位为止。在这目标贮位位置上，清除装置46重新开始运行，而被清除的粒子尺寸和速率将相当于新的固体系统的平衡。

如果CFB炉子6床温度降低时，就需要降低CFB炉6的装料量以减少通过CFB受热面的吸热量，同样的控制作用，但是采取相反的方向。为响应来自炉床温度控制系统的请求信号，降低来自贮存装置40的环流速率以将装料从CFB反应器传送到贮藏装置40。在此情况下，响应于控制作用的总的CFB系统类似于上述的：初始强大的响应之后是一稳定周期，在此稳定周期过程中建立一新的平衡，它具有一较低稀薄(上部)炉子装料量和一在重复循环系统52中的较低环流速度。如果，在贮藏装置40中的固体贮位超过目标贮位，从炉子传递到贮藏装置40中的固体将通过清除装置46加以排出。

当CFB锅炉负荷改变时，按类似方法进行炉子装料(量)的适当修正，使用反应器中的炉床温度作为主要的受控变量。在一负荷减低状态下，来自贮藏装置40的环流速率按需要降低以将炉床温度保持在目标水平，而在稀薄(上部)床中的装料(量)是通过将环流固体输送到贮藏装置40中而被减少的。当贮藏装置40中的贮位是在目标贮位之上时，清除装置46继续工作，排除的固体进入缓冲罐51中。在一负荷增加状态下，如上所述，贮藏固体从贮藏装置40传送到炉子6以控制炉床温度。一旦贮藏装置40中的固体贮位降低到目标之下，清除装置46就不活动。

就图5的实施例而言，按照本发明的系统是按下述方式操作和控制的：

由次级粒子分离器22收集的固体的环流速率是通过喷射系统76和重复循环系统52而供给予炉子的，且根据由炉床温度控制系统80确定的装料量请求而改变。相对于贮藏装置60的清除速率和固体输送速率是由固体贮藏水平控制系统81控制的，以便保持贮藏装置60和料斗42中的固体目标贮位。

当CFB反应器或燃烧器工作时，重复循环系统52连续运转。当炉子装料由炉床温度控制系统80通过输送来自贮藏装置60的固体而增加时，系统52中的环流速率也增加，这是当料斗42中的固体贮位在目标贮位或之上时，部分地由于对系统52的正向进给信号和反馈信号的原因。当炉子装料量通过炉床温度控制系统80而减少时，通过系统80将一信号发送给系统52而减低环流速率。

在CFB反应器或燃烧器工作时，固体输送系统66间歇地工作，也就是说，仅在贮藏装置60中的固体贮位低于目标贮位时才间歇工作。当贮藏装置60中的贮位降落到低于目标贮位时，固体输送系统66通过固体水平贮藏控制系统81而将材料添加到贮藏装置60中，并使其贮位达到目标贮位。反馈信号是通过设置在粒子贮藏装置60上的贮位(水平)传感装置64而提供的。

只有当需要增加炉子装料量时，喷射系统76才工作。当贮藏装置60中的贮位在“低”贮位或之下时，喷射停止，反馈信号是由贮位传感装置64提供的。

当料斗42中的贮位处在上目标贮位或之上时，清除系统46工作，以及(a)没有请求固体输送系统66增加贮藏装置60中的装料量，(b)没有请求增加通过系统52的环流，和(c)当料斗42中的贮位达到极“高”贮位或料斗42的贮位在大于预置定的时间限度时仍处于上目标贮位或之上时。换句话说，如果对在CFB反应器其它部分或在贮藏装置40和60中的固体有一请求时，清除装置46除了其它占优势的考虑之外将不活动。

由炉床温度控制系统80和固体贮藏水平控制系统81采取的控制作用是按下述方法通过在料斗42中所测定的粒子(固体)贮位而起作用。

当料斗42的测定贮位是“高”时：

·如果需要增加炉床装料量，炉床温度控制系统80将增加通过重复环流系统52返回到CFB反应器的粒子环流速率，而环流速率是低于最大极限(点)。

·如果为了增加炉床装料量而设有来自炉床温度控制系统80的请求，以及贮藏装置60中的贮位低于其目标值，固体贮藏水平控制系统81将粒子从料斗42输送到贮藏装置60中。

·如果为增加炉床装料量，没有来自炉床温度控制系统80的信号，贮藏装置60中的贮位处在目标值或之上，固体贮藏水平控制系统80将排放来自料斗42的固体。

·当料斗中的测定水平是“低”时：

·一极限信号是由固体贮存水平控制系统81发送给炉床温度控制系统80以降低环流速率；即超控炉床温度控制系统80。

上述的控制策略在某些条件下可能存在几种选择之一。替代的策略可由那些熟悉根据本发明流量控制方法范围的技术人员所提出。

本发明的系统和方法适用于下述条件：

1.在定载负荷操作过程中：

a)何时按CFB反应器性能要求所确定的固体环流速率，根据重复循环系统容量或在对流面中的最大容许固体负荷，基本上是小于最大环流速率，以及

b)何时清除来自次级粒子分离器的固体，需要系统材料的平衡。

1.在载荷变化过程中：

作为如上所述的任一CFB系统。本发明优点

本发明的优点与图1和2的现有技术比较，在于它在反应器和用于与控制反应器中吸热量的次级粒子分离器22连接的固体贮藏装置之间有可能进行装料量的输送，因此，反应器床温可随燃料或吸附剂性能或载荷变化而改变。

在定载负荷操作过程中，在贮藏装置40或60中的装料易缓冲，改善了相对于由炉床温度控制系统产生的请求的CFB反应器的动态响应。使得可快速改变来自贮藏装置40或60的循环流量。

在已知CFB应用中，来自料斗32的循环流量增加速率是根据料斗32清洗量的减少通过在CFB中循环材料的增加速率而确定的。在这条件下，循环流量的增加速率是缓慢的，而且只有少量固体容纳在料斗32中，该固体数量不足以响应反应器装料量控制。

在载荷变化过程中，聚集在贮存装置40或60中的固体(载荷减少时)或从贮藏装置40或60传送到CFB反应器的固体(载荷增加时)提供了一扩展调节比(燃烧设备之最大输出和最小输出之比)和较大的载荷变化容量率。这样就可在载荷变化过程中，与先前用反应器装料易控制相比较就可减低炉床材料(组成)的清耗。

本发明的优于图3所示现有技术的几个优点在于：

1.按本发明贮存在CFB系统中的固体具有相当低的温度(在高载荷操作下，典型的为500°F对现有技术的(1600°F)，从而避免了在滞止条件下的烧结。在初始粒子贮藏料斗34和L-阀36中的固体烧结在这样一CFB单元的高载荷操作过程中可能是在反应器装料量控制下使用由初级粒子分离器收集的粒子的障碍。

2.按照本发明，贮藏的环流固体具有相当小的平均尺寸以增强对炉子热传递(因为较小直径粒子热传递率是较大的)有关的反应器装料量变化的效应。

3.较小粒子的传递起支配稀薄(上部)炉床装料量作用，此作用造成在一反应器中的大多数固体对炉壁的热传递的主要原因。在现有技术中，由贮藏在初级粒子分离器所收集到的粒子尺寸是较大的，物料输送装置显著的影响致密(下部)床装料量，从而对热传递产生少量影响。因此，对应于要求增加稀薄(上部)炉床装料量的全面增加总反应器装料量是较大的，从而导致需要较高压力的风扇和较大的风扇功率消耗量。

4.在定载负荷操作下，已知CFB应用中的固体传送仅个有一瞬时效应，因为它不改变CFB系统的稳态材料平衡；也就是说，在炉床排放清除装置19和连接到次级粒子分离器的清除系统30之间的环流固体排放流量的数量和分配量上平衡。在稳态条件下，分配量可确定在反应器中环流固体的装料量。当在CFB反应器中的稀薄(上部)炉床装料量通过输送来自动初级粒子分离贮藏装置34(和增加初级粒子分离器20的环流速率)中的固体而增加时，这也会导致在致密(下部)炉床中的环流固体的密集程度增加。这样就导致通过炉床排放精除装置19的环流材料的较高损失。取自次级粒子反应器22的排放速率也增加了在系统中有限定的次级粒子分离器的环流速率，这是由于通过初级粒子分离器20较多数量的环流材料而引起的。随着较高损耗和不变的系统的固体的输入，在反应器中环流材料的装料量将逐渐地减低到相当于原有系统材料平衡的原来的稳态值。相反，在本发明中，当来自贮藏装置40或60的环流速率增加时，由于通过清除装置46而使损耗降低，因此，本发明可实现一持久(稳态)的装料量增加。降低的排放速率将通过相对于反应器装料量的增加，由增加炉床排放清除装置19的排放速率加以补偿。

已图示和详细说明的本发明的具本实施例阐述了本发明原理的应用，那些熟悉本领域的技术人员应理解到涉及下述权利要求和不脱离这些原理按本发明的方式可以作出改变。例如已图示的和为清楚地叙述目的，可将炉床温度控制系统和固体贮藏水平控制系统看作为两个分离系统，熟悉控制技术的专业人员可以容易地意识到这些“系统”为相互联系的控制功能而结合在一起并且可以以编程序的微信息处理机为基的数字控制系统而加以实施。这系统的灵活性有助于将本发明应用于新结构，例如涉及循环流化床反应器或燃烧器或涉及现有循环流化床反应器或燃烧器的换装，检修或改型。本发明的一些实施例，本发明的某些特性有时可有利地使用而不需要相应地使用其它特性；同样，有些特性可结合起来以实现所需的结果。因此，所有这些变化和实施例将严格地属于下述权利要求范围内。

Claims (22)

1.一循环流化床反应器，包括：

一用于容纳和输送循环流化床材料的反应器壳体，所述壳体具有一上部和下部；

用于收集流经和来自反应器壳体气体内夹带粒子的初级粒子分离装置；

将由所述初级粒子分离装置所收集的粒子回送到所述反应器壳体下部的装置；

次级粒子分离装置，它用于在气体已流经所述粒子分离装置后，它进一步收集夹带的和仍剩留在来自所述反应器壳体的气体内的粒子；

粒子贮存装置具有一按床温控制要求由在反应器壳体中的环流固体装料量变化范围内所确定的贮藏容量，并且考虑到预期的燃料和吸附剂性能的变化，以及所述反应器的载荷变化，以便贮藏由所述次级粒子分离装置收集的粒子。

重复环流系统，用于可控制地将由所述次级分离装置收集的并贮藏在所述粒子贮藏装置的粒子回送到所述反应器壳体的下部；

一炉床温度控制系统，用于控制从所述粒子贮藏装置进入所述反应器壳体的固体环流速率以便按照控制所述反应器壳体中的循环流化床温度的要求改变循环流化床反应器中的环流固体装料量；

一与所述床温度控制系统相互配合的固体贮藏水平控制系统，用于按床温控制要求，控制在所述粒子贮藏装置中的固体装料量。

2.按权利要求1的反应器，其特征在于所述粒子贮藏装置配备有检测在其内的固体贮位的装置。

3.按权利要求2的反应器，其特征在于所述粒子贮藏装置直接位于次级粒子分离装置的下面，它还包括一在所述固体贮藏水平控制系统控制下的清除装置，以便根据所述测定的固体贮位，控制在所述粒子贮存装置中的固体贮位。

4.按权利要求1的反应器，其特征在于所述重复循环系统包括一用于将固体从所述粒子贮藏装置传送到反应器壳体下部的环流管路，以及在所述床温控制系统控制下用于控制通过所述环流管路固体流量的装置。

5.按权利要求1的反应器，其特征在于所述粒子贮藏装置是在一远离所述次级粒子分离装置的位置上，还包括：

一固体输送系统，它在所述固体贮藏水平控制系统控制下，将粒子从所述次级粒子分离装置输送到所述粒子贮藏装置；以及

一喷射系统，它在所述床温控制系统控制下，可控制地喷射贮存在所述遥远位置的、粒子贮藏装置中的粒子以将其回送到所述反应器壳体下部，且按照控制在所述反应器壳体中的循环流化床温度的要求改变在反应器中的环流固体装料量。

6.按权利要求5的反应器，其特征在于所述遥远位置的粒子贮存装置配备有检测在其内的固定贮位的装置。

7.按权利要求5的反应器，其特征在于所述输送系统包括一将固体从所述次级粒子分离装置传送到所述遥远设置的粒子贮藏装置的管路和控制流经所述管路的固体流动速率的装置。

8.按权利要求5的反应器，其特征在于所述喷射系统包括一将固体从所述远离位置粒子贮藏装置传送到所述反应器壳体下部的管路和控制流经所述管路的固体流动速率的装置。

9.按权利要求6的反应器，其特征在于还包括一位于所述次级粒子分离装置下部的料斗，检测在所述料斗中的固体贮位和清除装置，清除装置在所述固体贮存水平控制系统下根据在所述料斗中的所述测定固体贮位控制所述料斗中的固体贮位。

10.按权利要求1的反应器，其特征在于还包括一将反应器操作条件的代表性信号提供给所述床温度控制系统，以使所述床温度控制系统能够确定一返回到反应器的所需粒子的环流速率。

11.一种控制含有固体材料并可输送过循环流化床反应器反应器壳体的循环流化床床温的方法，所述反应器包括初级和次级粒子分离装置，包括若干步骤如下：

收集在所述初级粒子分离装置中的流经和来自反应器壳体气体内夹带的粒子和将所述粒子回送到所述反应器壳体的下部；

使用次级粒子分离器以使在气体已流经初级粒子分离装置后可进一步收集来自所述反应器壳体的气体内所夹带和仍剩留的粒子；

将进一步收集到的粒子通过所述次级粒子分离器的收集而被贮藏在粒子贮藏装置中；以及

控制从所述粒子贮藏装置进入反应器壳体下部的固体环流速率以便按控制在所述反应器中循环流化床温度的需要通过改变在所述贮藏装置中的材料的装料量以改变循环流化床反应器中的环流固体的装料量。

12.按权利要求11的方法，其特征在于还包括几个检测步骤，以检测是否有一请求增加或减少从所述粒子贮藏装置进入反应器壳体下部的固体环流速率，和当有一请求增加从所述粒子贮藏装置进入反应器壳体下部的固体环流速率时不从粒子贮藏装置中排出固体。

13.按权利要求11的方法，其特征在于还包括几个检测步骤，以检测是否有一请求增加或减少从所述粒子贮藏装置进入反应器壳体下部的固体环流速率，和当有一请求减少从所述粒子贮存装置进入反应器壳体下部时，则从粒子贮藏装置中排放固体。

14.按权利要求11的方法，其特征在于还包括检测在粒子贮藏装置内部的固体贮位。

15.按权利要求14的方法，其特征在于还包括几个步骤，建立一用于粒子贮藏装置的目标固体贮位，将目标固体贮藏与测定固体贮位进行比较，以及通过调节来自所述粒子贮藏装置的固体清除流量，按照所述比较，控制所述粒子贮藏装置中的固体贮位。

16.按权利要求15的方法，其特征在于还包括如果所述测定的固体贮位是在所述目标固体之上时，以及如果没有请求增加从粒子贮存装置进入所述反应器的固体重复循环速率时则有一从所述粒子贮藏装置中清除固体的步骤。

17.按权利要求15的方法，其特征在于还包括当所述测定固体贮位低于所述目标贮位时，则有一不从粒子贮藏装置中清除固体的步骤。

18.按权利要求11的方法，其特征在于还包括下述步骤，将所述进一步收集到的第一部分粒子通过一环流系统直接回送到所述反应器壳体下部的重复循环步骤和将进一步收集到的第二部分粒子通过一固体输送系统输送到所述粒子贮藏装置。

19.按权利要求18的方法，其特征在于还包括通过控制从所述粒子贮藏装置流经一喷射系统到所述反应器壳体的粒子喷射速率，来控制从所述粒子贮存装置进入反应器壳体下部的固体环流速率的步骤。

20.按权利要求18的方法，其特征在于还包括几个步骤，建立一用于所述粒子贮藏装置的目标固体贮位，检测在所述粒子贮藏装置内部的固体贮位，比较所述目标固体贮位和所述测定固体贮位，以及通过调节从所述次级粒子分离器流经所述固体输送系统进入所述粒子贮藏装置的固体流量，以便根据所述比较，控制所述粒子贮存装置内部的固体贮位。

21.按权利要求18的方法，其特征在于还包括下述几个步骤：建立一位于所述粒子收集器下部的料斗的目标固体贮位，检测料斗内的固体贮位，比较所述料斗的目标固体贮位和所述料斗的测定固体贮位，如果所述料斗的测定固体贮位是在所述料斗的目标贮位之上，如果没有为固体请求增加在所述贮藏装置中的固体贮位，且如果没有请求增加进入所述反应器的固体环流速率，那末从所述料斗排出固体。

22.按权利要求21的方法，其特征在于当所述料斗的测定固体贮位低于所述料斗的目标固体贮位时，则不从料斗排出固体。

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