[发明专利]用于循环流化床反应器的旋风式分离器旁路

说明书

本发明涉及一种操作具有用于从废气中分离出夹带在其中的固体颗粒的分离器且将分离出的颗粒再循环至燃烧室的循环流化床反应器的方法和设备。本发明特别地涉及床料的组成，并且设法解决与控制床装载量和底渣量相关的问题。

循环流化床反应器已经使用了几十年了并且例如对于电力生产领域的技术人员而言是已公知的。循环流化床反应器可以是燃气发生器、燃烧器、蒸汽发生器、或者是本领域的技术人员能够认识到的任何其它相似类型的设备。流化床反应器通常具有立式炉膛或反应室，燃料从所述炉膛或反应室的下部部分被引入。通常为空气的一次气体和二次气体被供应通过炉膛的底部和侧壁。燃料的燃烧发生在快速流化床中，所述快速流化床除燃料颗粒以外通常还包括石灰石。

颗粒分离器通过排出口与炉膛的上端相连通。排气管道将排出口与颗粒分离器连接在一起。热的废气从炉膛中被排出并且流动通过排出口和排气管道进入到颗粒分离器中。循环流化床锅炉的颗粒分离器通常为旋风式分离器。当使用旋风式分离器时，排气管道将带有夹带了固体颗粒的废气沿切向传送进入到旋风式分离器的上部部分中。所述旋风式分离器，或其它颗粒分离器如撞击式分离器，将固体颗粒与热的废气分开，所述固体颗粒依靠重力被供给至分离器的下端。

用于收集固体颗粒的所述颗粒分离器的下端被连接到竖直的回流管道的上端。回流管道的相对端或下端具有与炉膛相连用于将来自颗粒分离器的分离出的固体颗粒返回至炉膛的出口。从炉膛底部的除去的固体颗粒被称作底渣，而随废气离开颗粒分离器的那部分固体物料被叫作飞灰。

具有用于从废气中分离出夹带在其中的固体颗粒的颗粒分离器例如旋风式分离器且将分离出的颗粒再循环回到锅炉燃烧室的循环流化床锅炉是众所周知的。在美国专利No.4,733,621和5,281,398中对这样的系统的实例进行了说明。在美国专利No.4,733,621中，在旋风式分离器中被分离出的颗粒通过开口的流动密封阀被再循环到锅炉中。美国专利No.5,281,398中披露了一种由扁平水管面板制成的离心式分离器。这种类型的旋风式分离器可与炉膛形成一体，从而使得在炉膛与旋风式分离器之间不存在排气管道。

在过去的几十年中，用于循环流化床反应器的旋风式分离器已得到改进，从而使得所述旋风式分离器效率较高。在正常的运行条件下，所述旋风式分离器可分离出约99.9％的随废气离开燃烧室的固体物料。将固体颗粒从废气中高效分离出来永远是值得追求的。例如，分离效率越高，则燃烧效率越高。然而，非常高的分离效率还可为所述工艺带来一些问题或缺点。例如，这有可能导致相对于飞灰含量产生相对较高的底渣含量。当底渣的比例较大时，需要进行高效的底渣清除从而保持所需的床装载量(即床料的组成)处于适当状态。

由于底渣的温度为约600℃至约900℃，因此需要底渣冷却器将底渣温度冷却降低到约300℃，从而使得所述底渣可以安全地从反应器中排出。必须从反应器中清除的底渣越多，所需要的用于排出和冷却底渣的装备就越昂贵(即具有更大的容量)。

例如当燃料品质发生变化使得在床中形成过量的细小颗粒时，非常高的分离效率也可能成为问题。如果颗粒分离器再循环非常高比例的细小颗粒，那么所得到的较大的细小颗粒床装载量可能导致例如在炉膛中产生非常高的传热效率。如果传热速度超过其设计值，那么所述床具有冷却到更低温度的趋势，例如，从而导致对环境的排放量增大。

本发明提供了一种经过改进的用于操作循环流化床反应器的方法和设备。

根据一个方面，本发明提供一种操作循环流化床反应器的方法，所述循环流化床反应器具有带有废气排出口的炉膛、与所述排出口相连且具有废气出口的颗粒分离器和用于所述分离出的固体的回流管道。所述方法包括以下步骤，即布置绕过颗粒分离器的旁路管道；以及沿所述管道传送部分废气流用于增大分离器之后的废气中的飞灰含量。

根据该方法，绕过颗粒分离器的废气气流减小了被分离器分离出的固体颗粒的量，由此固体装载量和炉膛中的底渣积聚量减少。

根据另一个方面，本发明提供一种能够调节床装载量从而使得床料的组成可保持处于最优状态的设备。优选地，这样一种设备包括炉膛、用于从炉膛中除去具有夹带的固体颗粒的废气的排出口、与排出口相连用于从废气中分离出固体颗粒的颗粒分离器(优选地，旋风式分离器)，所述颗粒分离器具有与废气管道相连的废气出口和与回流管道相连的固体出口，所述回流管道用于将分离出的固体物料再循环回到所述炉膛的底部并且将一部分废气传送通过颗粒分离器从而减少进入所述分离器中的固体材料的量。