專利名稱：用于使流化床反應器中的固體物料循環(huán)的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于使流化床反應器中的固體物料循環(huán)的方法和設備，所述反應器包括一種反應器室，該室有限定反應器室內(nèi)部的側(cè)壁，和一個在反應器室底部的柵板;一個鄰近反應器室上端的氣體排放口和一個在所述反應器室中的固體顆粒流化床，所述流化床有固體顆粒的內(nèi)部循環(huán)。
在流化床反應器中，包括在常規(guī)的鼓泡床反應器和循環(huán)床反應器中，在反應器室內(nèi)有固體床物料的內(nèi)部循環(huán)。床物料處于連續(xù)向上和向下運動狀態(tài)。在反應器室中，固體顆粒越小，它們越容易向上流動。從而在反應器室中出現(xiàn)固體的分級分離。在反應器室的較低部形成密集的固體顆粒部分，包括較大的顆粒，而在反應器室中的較高部形成較稀的固體顆粒部分，包括小的顆粒。
有時會希望在反應器室的較低部處理顆粒，而沒有較大物料混于其中。例如，從反應器室的較低部的固體顆粒中回收熱量時，如果能防止大物料到達該熱傳遞表面，會更容易些。大物料趨向于阻塞熱傳遞表面，并且還引起機械損壞。
所以，本發(fā)明的一個目的是提供一種在流化床反應器中固體物料的內(nèi)部循環(huán)中，使固體顆粒分級的方法和設備。
本發(fā)明的一個進一步的目的是提供一種改進的方法和設備，用于在反應器室的較低部從固體顆粒中回收熱量，該目的是通過使熱傳遞表面的阻塞減至最小而實現(xiàn)的。
為了達到上述目的，提供一種用于使流化床中的固體物料循環(huán)的方法，所述反應器有固體顆粒的內(nèi)部循環(huán)，該方法包括下述步驟(a)通過布置固體顆粒流化床中的顆粒室而使內(nèi)部循環(huán)里的顆粒分級，顆粒室有至少一個帶孔的阻擋壁，該壁只允許小于預定尺寸的固體顆粒從流化床經(jīng)阻擋壁流入顆粒室。(b)使反應器室中尺寸大于預定顆粒尺寸的大物料在顆粒室外部向下流動。和(c)使至少一部分顆粒從顆粒室中循環(huán)進入反應器室。
還提供一種用于使有內(nèi)部顆粒循環(huán)的流化床反應器中的固體顆粒分級的設備。按照本發(fā)明，該反應器包括下列組成部分設置在固體顆粒流化床中的顆粒室;帶有設置開口的阻擋壁的顆粒室，所述開口如孔或狹縫，防止尺寸大于預定尺寸的固體顆粒從反應器室流入顆粒室;和所述顆粒室進一步有設置至少一個開口的壁，使顆粒從顆粒室再循環(huán)進入反應器室。
按照本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，在顆粒室中設置熱傳遞表面。從而容易地和有效地從顆粒中回收熱而大物料不會不利地影響熱回收。
顆粒室可以布置在反應器室的較低部的側(cè)壁或隔開壁附近，以使沿壁靠重力向下流動的固體顆粒分級。然后顆粒室的最上端或頂板結(jié)構可形成一個阻擋壁。該阻擋壁可以是水平的或傾斜的。該阻擋壁有開孔只允許尺寸小于預定尺寸的顆粒流過，防止大的物料流入顆粒室。通過使該阻擋壁傾斜，如與水平面成30°-45°，使大的物料沿阻擋壁的外側(cè)向下連續(xù)流動，而不會阻塞阻擋壁中的開孔。
在某些實施例中，顆粒室的側(cè)壁可形成阻擋壁。從而有水平動量的顆?？梢粤鹘?jīng)阻擋壁中的開孔進入顆粒室。
本發(fā)明可以用于如流化床燃燒器中，其中在燃燒室的底部設置一個或幾個顆粒室。一個顆粒室或多個室可以在燃燒室的側(cè)壁或隔開壁附近或甚至可以自由地立在底部上。在一些實施例中，顆粒室可以設置在高于燃燒室之上成突起部分。
如果顆粒室布置在鄰接一個或幾個反應室側(cè)壁，那么一部分豎直的或傾斜的側(cè)壁可在顆粒室和反應器室之間形成一個共用壁。顆粒室可以布置在側(cè)壁部分的內(nèi)側(cè)或外側(cè)上，所述側(cè)壁部分形成共用壁。從而顆粒室可在反應器室的內(nèi)側(cè)或外側(cè)上形成一突出部分。如果顆粒室在反應器室側(cè)壁的外側(cè)上形成突出部分，那么允許顆粒流入顆粒室的開孔有利地開在形成細物料室和反應器室之間的共用壁的側(cè)壁部分上。
在熱環(huán)境下，顆粒室可以由水管板構成，就象反應器室自身一樣。管板可以帶耐火襯。形成阻擋壁的壁中的開孔可以在連接相鄰的水管的翅片中形成或可以由彎曲一個水管或兩個相鄰水管以在管間提供一狹縫而制成。如果阻擋壁是帶耐火襯的，則在耐火襯中可形成溝槽，而開孔可在溝槽的底平面上形成。如果流經(jīng)該開孔的顆粒的量是足夠的，在阻擋壁中可以只有一個開孔或狹縫。通常為了確保足夠的顆粒流量，在阻擋壁中設置幾個開孔或狹縫。
設置在顆粒室的頂部的水平或傾斜的壁中的數(shù)排開孔或狹縫可有利地布置成垂直于反應器側(cè)壁。在豎直的阻擋壁中，狹縫或數(shù)排孔優(yōu)選豎直布置，但在某些實施例中，可以水平布置。
顆粒室可以如達到循環(huán)流化床反應器的柵板上方的3至8米處，以使得可由顆粒室捕獲更多的下流顆粒。
可以有基本上覆蓋一個側(cè)壁或幾個側(cè)壁的全長的長顆粒室，或者可只有相互間隔布置在一個側(cè)壁處的一個或兩個小顆粒室。
阻擋壁中的開孔在循環(huán)流化床燃燒器中可以是直徑小于約50mm，優(yōu)選約30mm或更小的孔，或?qū)挾刃∮诩s50mm，優(yōu)選近似30mm或更小的狹縫。這樣的開孔只允許尺寸＜50mm，優(yōu)選小于30mm的近似圓的顆粒，或?qū)挾龋?0mm，或優(yōu)選小于30mm的橢圓形顆粒流過阻擋壁。
在流化床燃燒器中，顆粒室可用于熱回收。從而可在顆粒室中設置蒸發(fā)器、過熱器或其它熱傳遞表面。本發(fā)明提供一種在低負載下操作燃燒器的可能性，即使該燃燒器不可能在燃燒器室的上部區(qū)域或外部熱交換器中得到足夠的熱能。本發(fā)明使得對于不同負載或不同燃料在過熱和蒸發(fā)之間達到平衡成為可能。
在顆粒室中可以用任何常規(guī)方式布置熱傳遞表面。熱傳遞可以通過將流化空氣/氣體引入細小物料室中來控制。該流化空氣可以用作燃燒室的二次空氣。
如果要從顆粒中回收熱，顆粒室中的固體物料的良好混合是重要的。如果需要，可以通過在顆粒室的相對側(cè)設置固體顆粒的一個或多個入口或一個或多個出口而強化。
按照本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，顆粒從顆粒室再循環(huán)返回反應器室中。顆?？赏ㄟ^溢流經(jīng)過顆粒室中的一個或幾個開孔而再循環(huán)。該開孔也可以布置在顆粒室的一個側(cè)壁上，或者可以在幾個側(cè)壁上有開孔。在大多數(shù)情況下，如果希望顆粒室中的顆粒的良好混合，布置開孔遠離阻擋壁的入口開孔是有利的。
可供選擇的是，顆?？梢越?jīng)過一個氣封如象在顆粒室中的一個側(cè)壁中的上下布置的開孔的窄的狹縫再循環(huán)。顆粒還可以經(jīng)過在顆粒室和反應器室之間形成的L型閥氣封再循環(huán)?？梢酝ㄟ^使氣封附近的細小顆粒流化來控制再循環(huán)。當然顆粒還可以通過機械手段如一個螺旋進料器再循環(huán)進入反應器室。
用于控制熱傳遞或?qū)㈩w粒輸送入顆粒室的被引入燃燒器中的流化空氣可以用作燃燒室中的二次空氣。顆粒出口孔或顆粒入口孔允許氣體相對顆粒流逆流向外流過阻擋壁。向內(nèi)進入顆粒室的顆粒流是不穩(wěn)定的，而且不能阻止氣體從室中逸出。
在一個循環(huán)流化床反應器中，床材料與廢氣一起排放，并且在一顆粒分離器中與氣體分開。該顆粒此后再經(jīng)顆粒入口引入反應器室，通常進入反應器室的較低部。當按照本發(fā)明在一循環(huán)流化床反應器中利用一顆粒室時，外部循環(huán)床材料可以全部或部分再經(jīng)顆粒室引入反應器。由此在顆粒室中設置一個用于外部循環(huán)物料的入口。如果將熱傳遞表面布置在該顆粒室中，那么從外部和內(nèi)部循環(huán)物料兩者中回收熱。
通過參照下列對附圖的詳細描述和從所附的權利要求，本發(fā)明的特征和優(yōu)點將會更充分地體現(xiàn)。


圖1是按照本發(fā)明的第一個優(yōu)選的實施例構成的一個循環(huán)流化床反應器的縱截面示意圖;
圖2和3是按照本發(fā)明的另一個實施例的一個循環(huán)床反應器室的較下部的放大的截面圖;
圖4是按照本發(fā)明的另一個實施例的一個流化床反應器室的較下部的等角示意圖。
圖5和6是按照本發(fā)明的另一個實施例的顆粒室中的阻擋壁的放大的示意圖。
圖7是圖6中阻擋壁的部分截面鳥瞰圖。
圖1表示一種循環(huán)流化床反應器10，該反應器有一個反應器室12，一個帶有柵板15的用于將流化空氣引入反應器室12的常規(guī)的空氣室，一個常規(guī)的顆粒分離器16，一個常規(guī)的氣體出口18和一個用于使固體顆粒循環(huán)進入反應器室12的常規(guī)的返回導管20。
按照本發(fā)明的顆粒室22布置在反應器室12的較下部24中。按照該實施例，顆粒室12與一個入口26相連設置，所述入口用于循環(huán)經(jīng)過返回導管20的顆粒。因此，從反應器10排放的夾雜在燃氣中的相當細小的物料被引入顆粒室22?？梢杂袔讉€用于循環(huán)的顆粒的入口，而一個顆粒室22可以與每個入口相連，或者僅與它們中的一個或幾個相連。
另外，沿著室12的一個側(cè)壁28向下流動的顆粒被一個形成顆粒室22的頂板的阻擋壁30捕捉。阻擋壁30中的開孔32允許細小的固體顆粒(見箭頭34)流過阻擋壁30。較大的物料(見箭頭36)沿顆粒室22的外表面向下流。進入入口26和開孔32的顆粒再經(jīng)開孔38引入反應器室的較低部。
如果需要，用于將顆粒再引入反應器室的開孔38可以構成一個氣封。例如，開孔38可以由一個設置在另一個的頂端上的狹縫形成，每個狹縫形成一個L型閥。
在顆粒室22中設置熱傳遞表面40。例如該熱傳遞表面40可以是蒸發(fā)器或過熱器表面。通過從在反應器室12中內(nèi)循環(huán)的顆粒中回收熱，甚至在低負載下可能產(chǎn)生大量的熱。
圖2表示按照本發(fā)明的反應器室的另一個實施例的較低部124的放大圖。在該實施例中，與圖1中對應的部件用相同的標號前面加上“1”來表示。按照該實施例，顆粒室122設置在鄰接一個側(cè)壁129，該側(cè)壁與有循環(huán)的細小固體顆粒的入口的側(cè)壁128相對。顆粒室122設置在反應器室的最下部124中，該反應器室有傾斜的帶耐火襯的壁41。鄰接側(cè)壁129的帶耐火襯的壁41的一部分42同時形成細物料室122的一個側(cè)壁。室122的阻擋壁130和側(cè)壁137優(yōu)選帶有耐火襯。阻擋壁130和側(cè)壁137在反應器室的底部124和顆粒室122之間形成間隔。
在一個循環(huán)流化床反應器中，顆粒的密集流沿最下面的側(cè)壁41向下運動，而且大量的顆?？梢匝h(huán)經(jīng)過顆粒室122。優(yōu)選在顆粒室122中設置熱傳遞表面140如蒸發(fā)器表面?？梢酝ㄟ^控制來自空氣室46的流化空氣的流速，來控制熱傳遞，該空氣室通向室122。顆粒經(jīng)開孔138再引入反應器室112的過程，也可以通過控制來自開孔138附近的空氣室114的流化空氣的流速來控制。
圖3闡明本發(fā)明的一個進一步的實施例。在該實施例中，與圖2中對應的部件由相同的兩位數(shù)標號前加上“2”來表示。在該實施例中，設置顆粒室222作為較下部的反應器室224的傾斜的帶耐火襯的壁部件242的一部分。有預定直徑或?qū)挾鹊娜肟诳?32設置在帶耐火襯側(cè)壁部分242的較上部，從而該較上部形成一阻擋壁230。出口孔238設置在帶耐火襯的側(cè)壁241的最下部，以便將顆粒再引入反應器室。固體顆粒經(jīng)開孔232流入顆粒室222，并經(jīng)孔238循環(huán)進入反應器室。如果需要，一些顆?？梢越?jīng)由出口48由室222排出。
圖4表示按本發(fā)明的另一個實施例的一個等角圖。在該實施例中與圖3對應的部件由相同的兩位數(shù)標號前加上“3”來表示。在該實施例中，入口孔332和出口孔338在顆粒室322的相對部分中，以提供物料的良好混合。出口孔338允許固體顆粒從顆粒室322流入反應器室312。在顆粒室322中的顆粒含量取決于壁337中的出口孔338的位置。
圖5和6表示圖4的反應器的阻擋壁的放大圖。圖5中的阻擋壁孔50和圖6中的狹縫52制成溝槽54，在覆蓋顆粒室332的側(cè)壁337和頂板330的耐火層56中。
顆粒室322壁可由管板，即由翅片連接的水或蒸發(fā)器管構成。該實施例中示于圖5和6中的溝槽54如此設置，使得暴露水或蒸發(fā)器管之間的翅片。在翅片中形成開孔50或狹縫52。
在圖6所示的實施例中，阻擋壁330在溝槽54之間有脊狀傾斜表面57而沒有任何明顯的水平面。這樣，所有的向下流到阻擋壁330上的顆粒被引向溝槽54底部的狹縫52。來自比狹縫的截面區(qū)大得多的截面區(qū)的顆粒被收集。將來自至少為狹縫52的面積的兩倍的截面區(qū)的顆粒收集。脊57使得收集和分級來自大的區(qū)域的顆粒而不增加狹縫52的尺寸或數(shù)量成為可能。
在本發(fā)明的其它實施例中，顆粒室(22，122等)的部分較上壁(30，130等)還可形成將顆粒引向開孔或狹縫的引導壁。
圖7是圖6的阻擋壁330的脊狀構件57的部分截面圖。脊狀構件57由形成V型管板的部分60、62構成，所述部分覆蓋有耐火層63。管板由翅片66連接的管64構成。管板部分設置得相互平行，在兩個相鄰部分60、62之間留一狹縫52。
從而按照本發(fā)明可以看出，通過排除較大顆粒接觸熱傳遞表面而提供了一種有效地增加熱回收的方法和設備。
雖然本發(fā)明已經(jīng)按照目前認為的最實用的和優(yōu)選的實施例來描述，但應理解，本發(fā)明不局限于該公開的實施例，相反的是，打算使各種改變和等同布置包括在所附的權利要求的精神和范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種用于使流化床反應器中的固體物料循環(huán)的方法，所述反應器包括一個帶有限定反應器室內(nèi)部的側(cè)壁和一個在反應器室底部的柵板的反應器室，一個鄰接在反應器室上端的氣體排放開孔，和一個在所述反應器室中的固體顆粒的流化床，該流化床有固體顆粒的內(nèi)部循環(huán)，所述方法包括下述步驟(a)通過在固體顆粒流化床中提供一個顆粒室，使固體顆粒在內(nèi)部循環(huán)中分級，所述顆粒室有至少一個阻擋壁，該壁有只允許尺寸小于預定尺寸的顆粒經(jīng)過該阻擋壁從流化床流入顆粒室的開孔(b)使反應器室中尺寸大于預定顆粒尺寸的大物料在顆粒室外部向下流動；(c)使至少一部分顆粒從顆粒室再循環(huán)進入反應器室。
2.按權利要求1的方法，其特征是在顆粒室內(nèi)設置熱傳遞表面;并且步驟(b)防止比所述預定尺寸大的顆粒接觸熱傳遞表面;并包括步驟(d)用熱傳遞表面回收顆粒室中的顆粒的熱能。
3.按權利要求2的方法，其特征是步驟(a)通過提供顆粒室的頂壁作為阻擋壁來實現(xiàn)。
4.按權利要求2的方法，其特征是步驟(b)通過使流化床中的有水平動量的固體顆粒分級來實現(xiàn)，所述分級是通過在流化床中設置顆粒室并只允許小于預定尺寸的顆粒經(jīng)過在一個主要是豎直的壁中的開孔流入顆粒室來實現(xiàn)的。
5.按權利要求2的方法，其特征是步驟(b)通過只允許寬度小于約30mm的基本上是橢圓的固體顆粒流入顆粒室而實現(xiàn)。
6.按權利要求2的方法，其特征是步驟(b)通過只允許寬度小于約30mm的基本上是橢圓的固體顆粒流入顆粒室而實現(xiàn)。
7.按權利要求2的方法，其特征是步驟(c)通過使固體顆粒從顆粒室再循環(huán)進入反應器室來實現(xiàn)，所述再循環(huán)通過使固體顆粒溢流經(jīng)過設置在顆粒室的一個壁中的開孔來實現(xiàn)。
8.按權利要求2的方法，其特征是步驟(c)通過使固體顆粒從顆粒室中再循環(huán)進入反應器室，即，使所述顆粒經(jīng)過一個設置在顆粒室的一個壁中的氣封，而且通過控制流過氣封的流化氣流速來實現(xiàn)。
9.按權利要求2的方法，其特征是步驟(a)進一步通過收集來自大于阻擋壁中的開孔總的截面區(qū)的反應器室的一個截面區(qū)的顆粒來實現(xiàn)。
10.按權利要求2的方法，其特征是步驟(a)至(c)通過在顆粒室一端將顆粒引入并且從其一個相對端使顆粒再循環(huán)進入反應器室，以為顆粒提供適宜的停留時間和在使顆粒再循環(huán)進入反應器室之前提供顆粒室中的顆粒的良好混合來實現(xiàn)。
11.按權利要求1的方法，其特征是所述室還有外部的顆粒循環(huán)，并進一步包括使外部循環(huán)顆粒經(jīng)顆粒室再引入反應器室中的步驟。
12.按權利要求1的方法，其特征是步驟(a)進一步通過收集來自比在阻擋壁中的開孔的總截面區(qū)大的反應器室的截面區(qū)的顆粒來實現(xiàn)。
13.用于使固體物料在一流化床反應器中循環(huán)的設備，包括一個反應器室，有限定反應器室內(nèi)部的側(cè)壁和一個在反應器底部的柵板;氣體排放開孔，該孔鄰接在反應器室的上端;一個在所述反應器室中的固體顆粒的流化床，該流化床有固體顆粒的內(nèi)部循環(huán);一個設置在固體顆粒流化床中的顆粒室，所述顆粒室有設置開孔的阻擋壁，所述開孔防止大于預定尺寸的固體顆粒從反應器室流入顆粒室;和所述顆粒室進一步包括一個設有至少一個開孔的壁，所述開孔用于使顆粒從所述顆粒室再循環(huán)進入所述反應器室。
14.按權利要求13的設備進一步包括設置在所述顆粒室中的熱傳遞表面。
15.按權利要求14的設備，其特征是所述顆粒室設置在所述反應器室的底部上，而且在所述反應器室中的一個側(cè)壁的一部分形成所述顆粒室的一個側(cè)壁。
16.按權利要求14的設備，其特征是顆粒室設置在所述反應器室的底部上，而且在所述反應器室中的一個隔開壁的一部分形成所述顆粒室的一個側(cè)壁。
17.按權利要求14的設備，其特征是所述阻擋壁設置在所述顆粒室的頂上。
18.按權利要求14的設備，其特征是所述阻擋壁設置在所述顆粒室的頂上，并且基本上是水平的。
19.按權利要求14的設備，其特征是所述阻擋壁設置在所述顆粒室的頂上，并且傾斜以促進大的物料沿阻擋壁向下流動。
20.按權利要求14的設備，其特征是在所述阻擋壁中的所述開孔是寬度小于30mm的孔。
21.按權利要求14的設備，其特征是在所述阻擋壁中的所述開口是直徑小于約30mm的孔。
22.按權利要求14的設備，其特征是所述開孔成形在溝槽中，所述溝槽在一覆蓋所述阻擋壁的耐火襯中。
23.按權利要求13的設備，其特征是所述阻擋壁由用翅片連接的水管構成，并且所述阻擋壁中的開孔成形在翅片中。
24.按權利要求13的設備，其特征是所述阻擋壁由用翅片連接的水管構成，且該壁上的所述開孔是使兩相鄰水管彎開形成一狹縫構成的。
25.按權利要求13的設備，進一步包括用于使床物料進行外部循環(huán)的裝置，該裝置包括一個用于將外部循環(huán)的固體床物料再引入顆粒室的入口。
26.按權利要求13的設備，其特征是所述開孔成形于溝槽中，所述溝槽在覆蓋所述阻擋壁的耐火襯中。
全文摘要
一種流化床反應器的反應器室，有顆粒的內(nèi)部循環(huán)。通過使鄰近反應器室底部的顆粒分級而防止較大的再循環(huán)顆粒接觸熱傳遞表面，所述分級使用一有一個阻擋壁的顆粒室，該阻擋壁有最大尺寸小于約30mm的孔或狹縫。在顆粒室中可以設置熱傳遞表面。較大顆粒向下流過顆粒室的壁進入反應器室，而一些在顆粒室內(nèi)的細小的顆粒優(yōu)選再循環(huán)返回流化床。阻擋壁優(yōu)選是顆粒室的頂壁，而且可以是帶耐火襯，有溝槽，和/或可以由用翅片連接在一起的水管構成，在翅片中形成孔或狹縫。
文檔編號B01J8/24GK1095461SQ9410528
公開日1994年11月23日 申請日期1994年4月5日 優(yōu)先權日1993年4月5日
發(fā)明者T·海彭倫 申請人:阿爾斯特羅姆公司