專利名稱：循環流化床反應器系統的運行方法和運行裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種新穎的、用于循環流化床系統的運行方法和運行裝置。
循環流化床(CFB)系統，例如CFB燃燒器包括一個內部具有一個快速的顆粒流化床的燃燒室。一個顆粒分離器連通到在燃燒室較上部分的一個排放開放，用以從自燃燒室排放的煙道氣體和所夾帶的固體材料的懸浮物中分離出固體顆粒。一條或幾條返回通道連接在顆粒分離器和燃燒室的較下部分之間，用以使從顆粒分離器分離的固體顆粒再循環進入燃燒室。一個氣體出口配置在顆粒分離器中用以排放煙道氣體。
一般使用旋風分離器作為顆粒分離器。一個浸入管式返回管道使從旋風分離器分離出的顆粒再循環進入燃燒室的較下部分。一個環形密封件配置在返回管道中，以防止從燃燒室流出的氣體經管道返回到旋風分離器中。
循環流化床反應器用于各種不同的燃燒工作過程中。不同的床物料被流化并在該系統中循環與工作過程有關。在燃燒過程中，顆粒狀燃料例如煤、焦碳、褐煤、木頭、廢料或泥煤以及其它粒狀物質例如砂、灰分、硫吸附物、催化劑或金屬氧化物可以構成流化床。在燃燒室中的速度一般范圍為3.5～10米/秒，但實際上可以更高。
一般情況下，借助于在燃燒室內的傳熱表面和位于顆粒分離器之后的氣體通道之中的對流部分的傳熱表面可從流化床燃燒過程中回收熱量。燃燒室的周壁一般由隔壁構成，在隔壁中通過一些翅片將若干豎直管道組合在一起，以便形成散熱表面。
例如為了使蒸汽過熱必須將過熱器之類的附加傳熱表面配置在燃燒室的較上部分。
在燃燒室中的高溫和高流速的環境條件下，腐蝕和磨損可能帶來很多問題。傳熱表面必須由耐熱材料構成，該表面通常用某些耐磨損材料或必須采用某些特殊結構來保護。這類傳熱表面非常重且價格昂貴，耐熱材料很昂貴。當燃燒的燃料包含氣態氯和堿性成分時，尤其在蒸汽/水溫達400℃～500℃時會腐蝕在燃燒室的氣體空間中的傳熱表面。
在低的負載條件下，要想獲得滿意的過熱蒸汽可能也是困難的。燃燒室出口氣溫隨負載降低而降低，在對流部分的過熱器不具有能實現預期效果的足夠的容量。而在燃燒室內部配置附加過熱器既增加了成本，又增加了鍋爐控制的難度。
人們更需要找出一種新的方法來在系統中附加傳熱表面而不增加燃燒室的尺寸，特別是在帶壓力的應用場合下。在帶壓的場合下，不太希望在燃燒室中附加傳熱表面，因為這將增加燃燒器的尺寸，將導致壓力容器尺寸增加并使成本急劇增加。
已經有人建議，使用外部熱交換器(EHE)以便提高過熱量。在EHE過熱器中配置一個帶熱循環固體物料的分離式流化床反應器，上述固體物料從顆粒分離器引入EHE中。假如外部熱交換器是一種非冷卻的結構，那些所建議的外部熱交換器將是龐大、昂貴而沉重的，并且控制困難。因而需要一種更簡單且不那么昂貴的解決方案。
還有人建議(參閱美國專利US4716856)將傳熱表面包含在循環流化床反應器的再循環系統中。傳熱表面要配置在固體循環物料的流化床中，該固體循環物料匯集在一個形成在返回通道底部部分的熱交換器室中。因此，循環固體物料將提供例如用于過熱所需的附加熱量，而無需配置分離的外部熱交換器。返回通道中的一個環形密封實現在燃燒室和顆粒分離器之間所需的氣密封。固體物料通過溢流從返回通道重新引入燃燒室。
然而，在再循環系統中對傳熱的控制還沒有得到滿意的解決。有人曾建議用流化氣體來控制傳熱，然而，流化氣體還要用于使固體材料通過溢流方式從再循環系統重新引入燃燒室。因此，不可能在不同的負載下利用流化氣體分別控制傳熱或固體物料循環。
利用所建議的溢流方式使固體材料重新引入燃燒室要保持在熱交換器室中的恒定床的水平高程，并防止作為系統的一個明確限定條件的床高發生變化。為了能夠控制床的氣密封效能和床中的傳熱，在很多應用場合下希望能控制床的高度。
此外，由于溢流固體物料，使固體物料的混合效率較低，因此在熱交換器室中所達到的傳熱效率極低。引入到床的表面上的固體物料僅僅部分地混合到床內部。沒有混合到床內的物料直接經過溢流開孔排放，沒有將熱傳到床或傳熱表面上。
此外，由于溢流，大而重的顆粒更易于趨于落入床內而減少在床內的有效循環，即它們趨于積累在熱交換器室的底部而沒有重新進入燃燒室。在傳熱、流化以及在返回通道中的固體物料流動方面，大顆粒帶來很多問題并且引起磨損。
本發明的一個目的是提供一種循環流化床系統的運行方法和運行裝置，其中上述缺點可減到最小。
本發明的另外一個目的是提供用于循環流化床系統的熱回收的改進方法。
本發明還有一個目的是提供用于循環流化床系統的控制熱回收的改進方法。
本發明再一個目的是提供一種用于改進固體物料混合和改進在返回通道中的傳熱部分中的傳熱以及減輕由于積累在返回通道中的大顆粒所帶來的問題的一種改進方法和裝置。
利用根據所附權利要求所述的方法和循環流化床反應器系統可以實現這些目的。
根據本發明提供的CFB的系統的運動方法的步驟是(a)在燃燒室中形成一個快速的固體顆粒流化床，使得包含煙氣和其夾帶的固體顆粒的顆粒懸浮物在燃燒室內向上流動;
(b)收集從氣體和顆粒的懸浮物中分離的固體顆粒;
(c)將所收集的固體顆粒送入返回通道;
(d)在返回通道的較下部分中，建立一個固體顆粒床，該固體顆粒床具有分開的傳熱部分中的顆粒傳輸部分;
(e)在傳熱部分利用配置在其中的傳熱表面從固體顆粒床回收熱量;
(f)經過流化氣體入口將流化氣體引入傳熱部分的固體顆粒床中，以便能夠進行傳熱;
(g)經過輸送氣體入口將與流化氣體分開地引入的傳輸氣體送入在顆粒傳輸部分的固體顆粒床中，以及(h)經過至少一個固體顆粒入口利用傳輸氣體將固體顆粒送入燃燒室，將上述固體顆粒入口配置在低于固體顆粒床的表面水平高程的某一水平高程處。
根據本發明的一個優選實施例，傳熱部分和顆粒傳輸部分可以在一個且在同一個固體顆粒床中的固體物料床室中的返回通道的較下部分形成，其中，顆粒可從一部分自由流動至另外部分，而主要顆粒流化床表面經過熱交換器室流到顆粒傳輸部分和固體顆粒入口。
根據本發明的一個優選實施例，有一個阻擋層部分，該部分是指在固體顆粒床內部僅輕微形成或沒有形成被流化的顆粒，該部分形成在流化氣體入口和傳輸氣體入口之間，即在介于傳熱部分和顆粒傳輸部分之間的區域內，用以防止傳輸氣體影響傳熱以及流化氣體影響顆粒重新進入燃燒室。
根據本發明的另一個優選實施例，傳熱部分的底部配置在比顆粒傳輸部分的底部要高的一個水平高程上。在比傳輸氣體高的水平高程處，流化氣體被引入到固體顆粒床中。
在返回通道中的顆粒最好直接再循環進行燃燒室，不過，假如需要可以再循環進入一個中介室，該中介室再與燃燒室連通。
在返回通道較下部分中的床是由在CFB系統中循環的固體顆粒構成的，這些顆粒的顆粒分布尺寸小于整個反應器系統中的所有顆粒物料的平均分布尺寸。小尺寸的顆粒對于在原返回通道中的傳熱是有利的。
根據本發明的一個優選實施例，從顆粒向傳熱部分的熱傳輸，是通過將流化氣體引入傳熱部分中的至少一部分中來控制的。增加氣體流速和增加顆粒圍繞傳熱表面的運動都能增加傳熱。用于傳熱控制的氣體例如空氣或惰性氣體可以經過幾個分離的噴嘴引入。
根據本發明的另外一個優選實施例，通過控制被引入到顆粒傳輸部分的傳輸氣體的流量可以控制傳熱部分中的傳熱。根據該實施例，通過使固體顆粒的一部分直接利用溢流輸入到燃燒室中，可以使床表面水平高程保持在一恒定的水平上。僅僅是顆粒的一些受控部分才被允許經過床和傳熱部分流動，通過控制傳輸氣體流量控制該部分顆粒，該傳輸氣流排放經過一些低于床表面水平高程的固體顆粒入口的固體顆粒。
通過降低經過固體顆粒入口傳輸的固體物料量以及相應增加顆粒向燃燒室的溢流，在重新引入燃燒室之前，所增加的顆粒量僅達到固體顆粒床的表面，所降低的固體顆粒量流經傳熱部分。由于在顆粒與傳輸表面之間的溫差降低，床內溫度降低，傳熱也減少。
通過增加經過固體顆粒入口傳輸的固體物料量，所增加的新的熱固體物料可以連續地通過床和傳熱部分傳送，因而提高了床內的溫度和傳熱。
在返回通道的底部，隨著固體物料被重新引入燃燒室和新的物料連續地添加到床的頂部，床緩慢地向下移動。根據本發明的一個最佳實施例，通過控制使固體物料重新進入燃燒室的傳輸氣體，可以控制床的高度。在某些情況下，再用床的高度控制傳熱。
在返回通道中的固體顆粒床構成一個氣密封，以防止來自燃燒室的燃燒氣體經過固體顆粒入口反向流入返回通道。可以控制傳輸氣體即與控制傳熱的流化氣體無關地控制氣密封效能。
根據本發明的一個優選實施例，固體物料經過一個或幾個豎向狹窄的窄道重新引入燃燒室，窄道水平延伸成窄縫狀通道，例如像一個或幾個L型閥門，彼此頂放形成固體顆粒入口。在返回通道與燃燒室之間的窄縫狀通道為很多固體顆粒所充滿，由于通道的結構，固體顆粒本身并不能貫穿流動。該通道借此構成固體物料流動氣密封，以控制顆粒從返回通道向燃燒室流動。通過該通道的流量還可以控制返回通道中的床的總高以及在燃燒室與顆粒分離器之間的床的氣密封效能。
通過控制在通道鄰近的傳輸氣體的流量控制通過該通道的流量。在窄縫狀通道中及其附近，傳輸氣體推動顆粒，使顆粒經過通道進入燃燒室。
通道的固體物料流動密封效能取決于通道的豎直尺寸(h)和通道的長度(l)的比率(h/l)。根據本發明的一個優選實施例，該比率(h/l)對于水平通道而言應當小于0.5，以防止由于本身通過通道而使固體物料流動變成不可控制。通道的豎直尺寸(h)越小，通道的長度(l)可以越短。例如，在某些應用場合下，高大約為100毫米，長為大約200毫米的通道，配置在200毫米厚的壁中將足以形成一個能夠在返回通道和固體物料床室中的固體物料流動的固體物料流動氣密封。
壁的平面中的通道的橫斷面最好是矩形和窄縫狀的，但是在某些應用場合下，圓形或方形橫斷面的通道可能是優選的。
各通道可以做成傾斜的，通道出口端部在燃燒室內，它處在比返回通道中的入口端部高的一個水平高程上，這種傾斜防止粗顆粒材料堆積在通道的入口端。采用傾斜通道，通道的長度(l)可以比具有相同橫截面的水平通道更短。
根據本發明的一個重要方面的內容，可將對于一個假想的單一大通道而言所需的總的豎直尺寸htot分成幾個豎直尺寸h1，h2，h3…，每一個被分的豎直尺寸剛好是所需總尺寸htot的幾分之一。因此，每個通道的長度(l)可以在豎直尺寸降低時以同樣的比例降低，而固體物料流動的密封效能并不降低。
根據本發明的一個優選實施例，某些短的通道，只要其長度足以延伸通過一般公用的介于顆粒傳輸部分與燃燒室之間的耐火襯里的隔板墻壁，這些通道就能用來使從返回通道來的顆粒進入燃燒室，與此同時仍能提供適當的固體物料流動密封效能。各通道所具有的長度(l)大體上等于介于顆粒傳輸室與燃燒室之間的公共壁的總寬(w)，該壁寬包括管及耐火襯里。這是一個超過現有技術如L型閥門密封的重大改進，該L型閥門遠離燃燒室并占有很大空間。本發明提供了一個非常緊湊的技術解決方案，其中固體物料流動密封可以與壁結構結合在一起。
固體流動通道可以方便地在與處于隔板管壁中的管結合的翼片中形成。在大多數情況下，通道可以以壁的斷面部分的方式構成，在該部分各管被彎曲彼此遠離，管帶有寬的翼片，其寬度足以提供通道所需的空間。該通道可以按照彼此頂放的方式配置，構成一個Ahlstrom“百葉窗密封”式固體物料流動密封連接，并且與預制構件相結合。
本發明提供一種用于對從返回通道到燃燒室的固體物料流動進行控制的改進方法。用于傳輸經過固體顆粒入口的固體顆粒的傳輸氣體，可以經過在返回通道底部的氣體入口、噴嘴或開孔引入和/或經過在鄰近固體顆粒入口的壁中的氣體入口引入。通過控制通過不同氣體入口和可能在不同水平高程或位置通過的傳輸氣體的數量，可以控制流經固體顆粒入口的固體顆粒量。經過返回通道底部的氣體入口引入的傳輸氣體可以經過所有的固體顆粒入口使固體顆粒重新引入，同時，經過氣體入口引入的傳輸氣體沿側壁上升越高，經過入口重新引入的大部分固體顆粒在返回通道中上升也越高。
來自流化床反應器風箱或來自一個單獨的鼓風機的、最好處于稍高壓力的空氣或某些其它廉價氣體，例如再循環的煙道氣體都可以用作傳輸氣體。尤其在需要不起化學作用的、不可氧化的條件時，還可選用其它惰性氣體。
根據本發明的一個優選實施例，傳輸氣體在某一位置或某些位置處引入返回通道中的固體顆粒床中，從這些位置傳輸氣體主要流向固體顆粒入口而不是流向返回通道中的傳熱區。
最好，在顆粒傳輸部分的固體顆粒床部分的一部分構成一個阻擋層，防止氣體從傳熱部分流入傳輸部分或者反之。
主要維持在傳輸氣體入口和傳輸部分之間的固體顆粒的阻擋層部分，即在傳輸部分的阻擋層可防止傳輸氣體影響傳熱。同時，維持在傳熱部分的固體顆粒的阻擋層部分可防止流化氣體影響經過該層的固體顆粒的傳輸。在大多數情況下，上述兩個目標借助于一個相同的阻擋層部分都可以實現。
本發明可應用于這樣的流化床反應器系統中，該系統具有的固體物料床室在帶傾斜底部的返回通道中，該底部的最下部分連通到燃燒室。傳熱部分形成在傾斜底部的較上部分的上方，用于使固體物料重新引入燃燒室的顆粒傳輸部分形成在傾斜底部的較下部分。一個間壁可以配置在傾斜底部上介于傳熱部分與顆粒傳輸部分之間。經過較上的傾斜底部部分，將流化氣體引入傳熱部分。經過較下的傾斜底部部分，將傳輸氣體引入顆粒傳輸部分。一個阻擋層，例如一些僅輕微流化的顆粒最好維持在傾斜底部的較下部分，形成阻擋層的目的在于防止傳輸氣體影響傳熱，以及防止流化氣體影響經過至少一個固體顆粒入口的固體顆粒的傳輸。
本發明還可以適用于具有一些帶水平底部的返回通道的反應器系統，只要仔細注意使阻擋層形成在底部上，以防止傳輸氣體和流化氣體相互影響。
顆粒傳輸部分可以形成在低于向下導向的通道或連通到燃燒室的溝道部分中的傳熱部分，其通過構成固體物料流動密封的豎向窄通道。
本發明的優點是提供一種用于分別控制返回通道中的流化氣體流量和傳輸氣體流量的方法，從而可分別控制在返回通道中的傳熱效果和氣體密封效能。
通過控制在傳熱區的流化氣流的位置和/或流速可以控制傳熱效果，同時通過控制傳輸氣體流量控制床高或通過床的顆粒流。特別是假如傳熱表面的一部分擴展到床的上方，通過控制床的總高，可以在某種程度上控制傳熱。
另外一個重要的優點是改進了顆粒的混合和改善了傳熱，實現這些是由于使顆粒傳輸主要經過在返回通道中的整個床，而不是通過溢流直接排放一部分顆粒。
具有另一個優點是因為與傳熱部分中流化的氣體量相比僅需要很少量的傳輸氣體用來將固體顆粒通過豎向狹窄的入口送入燃燒室。
為了實現適當的傳熱所需要的流化氣體速度較小。該速度為從0或剛好超過0直到1米/秒的所有速度。所需的流化氣體基本上可以從返回通道經過配置在床上方的開孔進入燃燒室。為了防止流化氣體流入顆粒分離器，在返回通道的最上部分常需要氣密封。在某些情況下，為控制傳熱所需的氣體流量甚至可以小到使它可以被允許向上流入分離器。
在傳熱區中的氣體空間包含基本是清潔的流化氣體，而不含堿性、氯或其它腐蝕性氣體成分，這為過熱提供了非常有利的條件。此處的過熱器可以被加熱比一般加熱器高得多的溫度，一般過熱器殼體所處的腐蝕條件超過燃燒室本身所處的腐蝕條件。
根據本發明，當燃燒包含帶腐蝕性氣體成分的燃料時，仍可生產出超過500℃的蒸汽，甚至生產出超過550℃的蒸汽。
由于包含不同種類的引起腐蝕的成分的不潔廢氣，尤其在燃燒廢料/RDF的鍋爐中為了利用熱量進行過熱會遇到問題。在本發明提供的裝置系統中，過熱器表面在安全的氣體環境中接觸熱循環材料。
在氣體速度小于1米/秒例如40厘米/秒的緩慢渦旋沸騰床中，沖刷摩損被降低，與傳熱表面沖撞的顆粒撞擊速度很低。此外，由于床物料的顆粒尺寸小，在返回通道床中的沖刷摩損較低。
當在固體物料床室中的床層借助返回通道中的傾斜底部或一個單獨的較下出口的溝道部分被分成傳熱部分和顆粒傳輸部分時，大的顆粒例如灰粒，在床中形成的結塊、從返回通道壁上散裂的耐火材料，由于重力向下落入低于流化氣體入口水平高程和遠離傳熱區的返回通道內，在該處它們能夠引起機械損傷和其它問題例如降低傳熱。
本發明提供了一種十分簡單的CFB鍋爐結構。包含分離器和返回通道的整個再循環系統可以基本上由至少兩個部分平行地豎直水管壁板構成，在這些壁板之間形成基本豎直的溝道。該溝道最好至少有一面壁局部地與燃燒室公用，該壁例如是像在鍋爐中常用的管壁或隔板壁。在溝道較上部分可以構成為一個分離器，在其中部返回通道，在其最下部為固體物料床室。當構件結構具有幾個入口通道時，可將返回通道和燃燒室連通的固體入口導管預制在公共壁中。這樣一個構件結構也可以方便地在現場連接到隔板壁上。不需要常規的復雜的大型環密封結構。
因為附加的傳熱表面可以置于系統中通常為空間的空間處的返回通道中，本發明尤其可對帶壓的流化床系統做出重大改進。此外通過較小的設備就能控制傳熱。
下面通過舉例方式，參照附圖進一步介紹本發明，其中
圖1是按照本發明的一個示范性的實施例提出的循環流化床設備的豎直斷面示意圖;以及圖2和圖3是按照本發明的另外的示范性實施例提出的循環流化床設備的豎直斷面示意圖。
圖1表示一個具有燃燒室12的循環流化床燃燒器，該燃燒室12具有一個顆粒的膨脹流化床。顆粒分離器14連接到燃燒器12的上面部分，以便分離出從燃燒室排出的煙道氣體與固體物料的混合物中所夾帶的顆粒。裝備一個返回通道16，用于使從分離器分離出的固體物料再循環進入燃燒室的較下部分。排放開孔18將顆粒分離器14連通到燃燒室12。氣體出口20配置在顆粒分離器14上。
燃燒室12、分離器14以及返回通道16的壁基本上是由水管或隔板構成的。在燃燒室12的底部和返回通道16中的板材可以用常規的耐火襯里(圖1上未表示)保持。壁22構成燃燒室12、分離器14和返回通道16之間的公共壁。一個單側隔板可以構成為在顆粒分離器和返回通道16的第二側壁23，壁23平行于公共壁22。在顆粒分離器14的下面，第二側壁23彎向公共壁22，以便形成返回通道16。
在返回通道16的較下部分中，壁23向外彎，以便形成一個固體顆粒室或熱交換器室24，該室中具有比返回通道的較上部分26大的水平橫斷面。在熱交換器24中形成一個再循環顆粒的氣旋沸騰床28。在床28中配置傳熱面30。
在公共壁22的較下部分有固體顆粒入口32，以使從熱交換器室24輸送來的固體顆粒進入燃燒室12。固體顆粒入口32是由幾個彼此頂放的窄縫狀開孔34構成的。
在公共壁22中形成的氣體入口36其水平高程在床28的表面高程之上，以便將返回通道16的氣體空間與燃燒室12相連通。
熱交換室24的底部38是分階的或由較上部分40和較下部分42的兩個臺階構成。熱交換器室24的最下部分44安排在燃燒室12的最下部分附近。固體顆粒入口32將熱交換器室24的最下部分44與燃燒室12的最下部分相連通。
流化氣體噴嘴入口46配置在返回通道底部38的較上底部部分40的第一高程46處，以便將流化氣體例如以剛好高于0到1米/秒(例如大約40厘米/秒)的速率進入熱交換器室24。輸送氣體噴嘴或入口48配置在返回通道底部38的較下底部部分42的第二高程48a處，以便將用來輸送固體顆粒的傳輸氣體經過固態顆粒入口32進入燃燒室12。在第一和第二高程46a和48a之間的床的最下部分44構成固體顆粒氣密封，以防止流化氣體影響顆粒經過入口32傳輸，并防止影響傳輸氣體在傳熱區中床部顆粒的流化作用。
通過控制流化氣體的流量能夠控制返回通道16中的熱交換器24的傳熱。可以利用傳感器50檢測傳熱并用來控制流化氣體的流量。
通過控制傳輸氣體的流量能夠控制從返回通道16經過入口32重新進入燃燒室12的顆粒的量，從而控制床28的總高度以及它的氣密封效能。可以利用表面高程傳感器52檢測床28的表面高程29，并用于控制傳輸氣體流量。表面高程(頂部表面)29可以在某些限值內變化。當床28的上表面29達到氣體入口開孔36時，顆粒開始涌入燃燒室12，而床28水平高程一般將不再升高。床頂部表面29一般不應降低到低于傳熱表面30的一個水平高程，由于高速下落的顆粒的束流作用，在氣體環境中的傳熱表面的沖刷可能帶來問題。但是在某些情況下，特別是在裝置系統中使用小的顆粒時，利用床28的高度控制傳熱可能是一個優點。
熱交換器室24的最下部分可以分成幾部分，這幾部分水平方向上沿公共壁22一個接著另一個，并且每一部分在其中都有一個固體顆粒入口32。借助于控制通過不同入口32的固體流量也就控制了沿傳熱部分的不同部分的固體物料流量。降低通過一個入口的固體流量也就降低了通過對應的上游的傳熱部分的固體流量，并且，導致降低在該特定傳熱部分中的傳熱。
圖1所示的返回通道16的最下部分構成一個鄰近并平行于燃燒室12的壁22的溝道44。只要可以形成一個阻擋層來防止傳輸氣體和流化氣體彼此相互影響，上述最下部分就能夠構成從底部40的任何其它部分向下延伸的一個通道(圖上未表示)。向下延伸的通道能夠在任何適當的位置與壁22連通。
圖2表示按照本發明提出的循環流化床燃燒器的另一個實施例，該燃燒器具有一個改型的返回通道和熱交換器室結構。在圖2中與在圖1實施例中的相類似的結構件用與在圖1中相同的標號表示。
返回通道16中的熱交換器室24的底部38是傾斜的，并由小間隔54所分隔，該傾斜部分僅達到在底部上方一個短的距離，它僅涉及到較上的和較下的底部部分56和58。間隔54的高度最好小于床28的高度的一半。流化氣體經過配置在較上的底部部分56中的流化氣體入口46引入床28，并且，傳輸氣體入口48配置在底部38的較下部分58中。較下部分58配置在鄰近公共壁22的較下部分，公共壁22中有固體顆粒入口。
設計間隔54以便將在較下底部部分上的顆粒床與在較上底部部分上的顆粒床分離，這是為了防止傳輸氣體由入口58直接進入具有傳熱表面30的床區和/或防止流化氣體進入鄰近固體顆粒入口32的床區。在介于間隔54和公共壁22之間的較下底部58的上方最好形成一個顆粒的基本非流化床部分62。該床部分62構成一種氣密封，以防止流化氣體與傳輸氣體彼此之間相互影響。
設計入口32以便能夠僅使進入返回通道的固體顆粒的一部分重新進入燃燒室。一般希望壁22中的溢流開孔60處在高于床表面水平高程29的水平高程處。
通過控制經過入口32的固體顆粒的流量Vb可以控制傳熱。通過增加流量Vb和相應降低經過溢流開孔60的顆粒的溢流量Vo，可以增加床28內部的溫度，因而能增加傳熱。
溫度檢測傳感器62可以用來控制傳輸氣體流量Vb。
假如需要，在返回通道16的較上端部中裝備一個氣塞62，以防止流化氣體進入顆粒分離器。
圖3表示本發明的另外一個實施例。在圖3中與圖1和圖2實施例中的相似的結構件用相同標號表示。
圖3表示了不同的壁22的設計方案。連接燃燒室12和分離器14的壁是一個雙層壁，它包括彼此平行，間隔小距離的兩個壁22′和22″。第一壁22′是燃燒室12的側壁，第二壁22″是顆粒分離器14是側壁。因此，燃燒室12和分離器14沒有公共壁。
兩個壁22′和22″的較下部分用來構成返回通道16和熱交換器室24。第一壁22′構成一個基本上豎直的與燃燒室12公用的側壁。第二壁22″構成一個基本上豎直的與燃燒室12公用的側壁。第二壁22″在最上部分基本上平行于第一壁22″，并與第一壁22′一起構成介于在顆粒分離器14和燃燒室12之間的雙層壁。
在燃燒器的較下部分，在第一壁22′和第二壁22″之間構成返回通道16。在返回通道16的較下部分處，第二壁22″向外彎曲形成熱交換器室24。第二壁22″在其最下部分最終還向內彎曲以形成熱交換器室24的最下部分44。形成固體物料流動氣密封的開孔66成形在第二壁22″中。開孔66將顆粒分離器14的較下部分與返回通道16的較上部分相連通，并且，使進入返回通道16的顆粒再循環。一個障礙物68配置在開孔66上方，介于第一壁22′和第二壁22″之間，以防止氣體或顆粒流入介于兩壁22′和22″之間的空間中。
圖3中的熱交換器室24包含的元件與在圖1中的熱交換器室24所包括的元件相同。另外，一個較大的顆粒出口配置在熱交換器室的最下部分44。
當結合上述被認為是最實際的和優選的本發明的實施例對本發明作介紹時，應當理解，本發明并不局限于所公開的實施例，恰恰相反，包含在所附權利要求的構思和保護范圍內的各種各樣的改型和等效的裝置都包括在本發明之內。例如，可以水平地沿燃燒室24的壁22一個接一個地配置幾個傳熱部分和顆粒傳輸部分。那么傳輸氣體可以用于沿平行于壁22的方向水平地從一個部分到另一個部分地傳輸顆粒。然后通過控制或中止引入到不同部分的氣流，可以分別控制甚至中止傳熱和顆粒傳輸。在流化床反應器中，可以有幾個返回通道，它們當中的一些是常規的返回通道，另外一些則如前所述在其較下部分具有傳熱部分。此外，也可以經過在公用壁中的開孔從在燃燒室內的內部固體循環回路直接將固體顆粒引入按照本發明提出的返回通道中。
權利要求
1.一種循環流化床系統的運行方法，該系統利用一個具有固體顆粒流化床的燃燒室，一個連接到燃燒室的較上部分中的排放開孔的顆粒分離器，一條或多條返回通道，其較上部分處與顆粒分離器相連，其較下部分經過至少一個固體顆粒入口，一些傳輸氣體入口連接到燃燒室，一個在顆粒分離器中的氣體出口，該方法包括下述步驟(a)在燃燒室中形成一個快速的固體顆粒的流化床，使得包含煙道氣體和其夾帶的固體顆粒的顆粒懸浮物在燃燒室內向上流動；(b)收集從氣體和顆粒的懸浮物中分離的固體顆粒；(c)將所收集的固體顆粒送入一條或多條返回通道；(d)在返回通道的較下部分中建立一個固體顆粒床，該固體顆粒床具有性質不同的傳熱部分和顆粒傳輸部分，該床具有一個頂面；(e)利用配置在傳熱部分內的傳熱表面從傳熱部分中的固體顆粒床回收熱量；(f)為了能夠實現傳熱，將流化氣體經過流化氣體入口重新引入傳熱部分中的固體顆粒床；(g)經過傳輸氣體入口將傳輸氣體引入顆粒傳輸部分中的固體顆粒床，傳輸氣體的引入是與流化氣體引入分開進行的；以及(h)利用傳輸氣體經過低于固體顆粒床頂面的至少一個固體顆粒入口將固體顆粒引入燃燒室。
2.如權利要求1所述的方法，進一步包含的步驟是，通過在介于流化氣體入口和傳輸氣體入口之間的固體顆粒床中配置一個固體顆粒阻擋層，防止傳輸氣體影響傳熱部分的傳熱，或者防止流化氣體影響經過固體顆粒入口進入燃燒室的顆粒傳輸，或者兩者皆備。
3.如權利要求1所述的方法，其中傳熱部分的底部水平高程高于顆粒傳輸部分的底部的水平高程。
4.如權利要求1所述的方法，還包括下述步驟，即通過在介于傳輸氣體入口和傳熱部分之間的固體顆粒床中形成一個固體顆粒阻擋層，來防止傳輸氣體影響傳熱部分中的傳熱。
5.如權利要求1所述的方法進一步包含的步驟是通過在介于流化氣體入口和固體顆粒入口之間的固體顆粒床中配置一個固體顆粒阻擋層，來防止流化氣體影響固體顆粒經過固體顆粒入口排放。
6.如權利要求1所述的方法，其中流化氣體入口配置在返回通道傾斜底部的較上部分，傳輸氣體入口配置在傾斜底部的較下部分，以及一個間壁配置在傾斜底部上，介于該底部的較上和較下部分之間，以及其中的步驟(g)是這樣實現的，即固體顆粒阻擋層維持在傾斜底部的較下部分，以防止傳輸氣體影響傳熱。
7.如權利要求1所述的方法，其中流化氣體入口配置在返回通道傾斜底部的較上部分，傳輸氣體入口配置在傾斜底部的較下部分，間壁配置在傾斜底部上，介于該底部的較上和較下部分之間;以及其中的步驟(g)是這樣實現的，即固體顆粒阻擋層維持在傾斜底部的較下部分，以防止流化氣體影響經過至少一個固體顆粒入口的固體顆粒的傳輸。
8.如權利要求1所述的方法，進一步包含的步驟是通過控制引入到傳熱部分的流化氣體來控制傳熱部分的熱傳輸。
9.如權利要求1所述的方法，進一步包含的步驟是經過一個配置在傳輸部分上方的溢流入口借助溢流將固體顆粒從返回通道送入燃燒室。
10.如權利要求9所述的方法，進一步包含的步驟是通過控制利用傳輸氣體傳輸的、經過至少一個固體顆粒入口的固體顆粒量，來控制傳熱部分的熱傳輸。
11.如權利要求1所述的方法，其中的步驟(h)是這樣實施的，利用傳輸氣體將固體顆粒經過幾個水平窄縫狀開孔送入燃燒室，開孔的高(h)長(l)的比率(h/l)＜0.5。
12.如權利要求2所述的方法，其中的阻擋層基本上是由固體顆粒床中的固體顆粒的非流化部分形成的。
13.一種循環流化床反應器系統，包括一個燃燒室，其中具有一個快速的燃燒流化床以及在其較上部分的一個排放開孔;一個顆粒分離器，它與燃燒室較上部分中的排放開孔相通;一個在顆粒分離器中的氣體入口;一條或幾條返回通道，它具有連通到顆粒分離器的較上部分以及連通到燃燒室的較下部分，至少一個返回通道具有用于收集固體顆粒的裝置，該固體顆粒是從沿燃燒室向上流動的顆粒懸浮物中分離出來的，以便在返回通道中建立一個固體顆粒床，該固體顆粒床被分為傳熱部分和顆粒傳輸部分。在傳熱部分中的傳熱表面，用于從固體顆粒床中回收熱量;流化氣體入口，用于將流化氣體送入傳熱部分，以實現傳熱;至少一個固體顆粒入口配置在低于固體顆粒床頂面的下方，用以使返回通道與燃燒室連通;以及若干個傳輸氣體入口，用于將傳輸氣體引入顆粒傳輸部分，還用于將固體顆粒經過至少一個固體顆粒入口引入到燃燒室。
14.如權利要求13所述的循環流化床反應器系統，其中，傳熱部分的底部的水平高程高于顆粒傳輸部分底部的水平高程。
15.如權利要求14所述的循環流化床反應器系統，其中，返回通道具有帶臺階的底部，即具有至少一個較上的底部部分和一個較下的底部部分，傳熱部分形成在較上的底部部分，顆粒傳輸部分形成在較下的底部部分。
16.如權利要求13所述的循環流化床反應器系統，其中，固體顆粒的阻擋層形成在介于流化氣體入口和傳輸氣體入口之間的固體顆粒床中，用于防止傳輸氣體影響傳熱部分的熱傳輸，或防止流化氣體影響傳輸顆粒經過固體顆粒入口進入燃燒室，或者兩者皆備。
17.如權利要求13所述的循環流化床反應器系統，其中，在傳輸部分形成一個基本上包含非流化固體顆粒的固體顆粒阻擋層。
18.如權利要求14所述的循環流化床反應器系統，它具有一個傾斜的底部和一個間隔，該間隔將底部分成較上部分和較下部分，傳熱部分配置在較上的底部部分的上方，顆粒傳輸部分配置在較下的底部部分的上方。
19.如權利要求13所述的循環流化床反應器系統，進一步包括用于控制流化氣體引入、用于控制傳熱部分的熱傳輸的裝置。
20.如權利要求13所述的循環流化床反應器系統，進一步包括在傳熱部分上方的至少一個溢流入口，用以通過溢流將顆粒引入燃燒室，還包括用于控制傳輸氣體引入顆粒傳輸部分和控制熱傳輸的裝置。
21.如權利要求13所述的循環流化床反應器系統，其中所述的至少一個固體顆粒入口包括窄縫狀開孔，開孔的高(h)長(l)比(h/l)小于0.5。
22.如權利要求13所述的循環流化床反應器系統，進一步包含在返回通道和燃燒室之間的公共壁，其中所述的至少一個固體顆粒入口的長度接近公共壁的寬度。
23.如權利要求13所述的循環流化床反應器系統，進一步包含在顆粒分離器與燃燒室之間的雙層壁。
24.如權利要求1所述的方法，進一步包含的步驟是在返回通道的較下部分形成一個固體顆粒的流化層，以便在顆粒分離器和燃燒室之間提供氣密封。
25.如權利要求1所述的方法，其中的步驟是按照某一速率引入流化氣體，該速率介于剛好超過0到1米/秒之間。
全文摘要
本發明公開了一種循環流化床(CFB)系統以及其運行方法，以用于改進熱回收。來自一個裝在燃燒室的顆粒分離器的一條或多條返回通道具有一個帶傳熱表面的傳熱部分。低速流化氣體被引入到具有性質不同的傳熱部分和顆粒傳輸部分的顆粒床中，以便使該床流化。傳輸氣體分開引入，以便經一個固體顆粒入口將顆粒按預期速率從床傳送到燃燒室，該固體顆粒入口低于顆粒床的頂面。建立了阻擋層以防止傳輸氣體影響傳熱部分的熱傳輸。
文檔編號B01J8/26GK1088478SQ9311293
公開日1994年6月29日 申請日期1993年11月10日 優先權日1992年11月10日
發明者T·希彭倫 申請人:阿爾斯特羅姆公司