[发明专利]富氧燃烧循环流化床反应器及其操作和升级方法

说明书

技术领域

本发明涉及富氧燃烧流化床反应器及它们的操作。本发明特别涉及用于将气体引导到这种反应器内的设备和方法。

更具体地，本发明涉及一种富氧燃烧循环流化床反应器，该反应器包括反应器腔室和设置在反应器腔室的底部区段中用于将气体引导到反应器腔室内的气体分配装置，该气体分配装置包括具有气体引导喷嘴的风箱腔室以及用于将气体引导到风箱腔室内的第一气体输送系统，其中该气体引导喷嘴被布置成用于将气体从风箱腔室引导到反应器腔室并具有通向风箱腔室的入口。

本发明还涉及一种富氧燃烧循环流化床反应器的操作方法，其中反应器包括反应器腔室和设置在反应器腔室的底部区段中的气体分配装置，在该方法中，通过具有带入口的气体引导喷嘴的风箱腔室将气体引导到反应器腔室内，在该方法中，通过第一气体输送系统将气体引导到风箱腔室。

本发明进一步涉及一种升级现有的循环流化床反应器的方法，该反应器具有设有喷嘴的风箱腔室和用于将气体输送到风箱腔室的第一气体输送系统，该方法包括以下步骤：将具有多个输送管道的第二气体输送系统在现有的循环流化床反应器的风箱腔室中布置在栅格喷嘴入口下方。

背景技术

新规定和其他限制与所谓的温室效应有关的要求已推动了新技术的开发，旨在减少来自使用化石含碳燃料（fossil carbonaceous fuels）的发电厂的二氧化碳排放物。虽然在常规的燃烧中燃烧燃料所需的氧气以空气形式输送，但是在富氧燃烧中，使用大致纯氧和再循环的废气的混合物——可将其称为氧化剂——来代替空气。

例如，美国专利6,505,567公开了一种循环流化床蒸汽发生器，其中燃烧由再循环的二氧化碳支撑，该二氧化碳是燃烧的析出气体。燃烧通过被引导到循环流化床蒸气发生器内的纯氧维持。引导纯氧可能形成具有极高局部温度的区域，这种高温由于例如对接近这些区域的结构元件产生应力和增加了床材料熔化以及结块的风险而是不希望有的。

将氧引导到循环流化床反应器内是一个特别精细的过程。不均匀的氧分布可形成局部过热点，这还容易造成诸如床材料结块之类的问题。在使用纯氧的情况时，该问题尤其是值的讨论。

在循环流化床反应器中，流化气体速度大幅变化，因为负荷的变化也需要通过反应器的格栅输送的气体量中有相应改变。格栅的操作范围例如通过压降确定，其应当不仅在高负荷操作期间而且在低负荷操作期间也不过量，该压降应当足以提供气流在格栅的截面区域上的均匀分配并防止固体从反应器腔室流入风箱腔室。在实践中，存在一定的最低空气流量必须也在低负荷操作期间通过格栅输送，这在一些情况下可为从反应器可获得的最低负荷的限制因素。

美国专利4,628,831公开了一种用于使用流化床将气态流化流体传送到处理室的格栅。该格栅包括两个单独供应的通道回路，即分别为第一通道回路以及第二管状通道回路，其中，第一通道回路带有朝顶部变宽的孔口，用于在腔室内提供稠密流化床，第二管状通道回路在变宽的孔口上方开口，用于提供腔室内的颗粒物的强制流化床。制造这种两组单独的喷嘴和管网的格栅是极为复杂的。

WO 2005119126公开了一种具有燃烧室的流化床设备，其中底部区段设有第一类型和第二类型主供气喷嘴。首先，第一类型喷嘴设置成用于通过常规的风箱和喷嘴在接近该腔室基部的第一高度（level）处喷射第一气体混合物。其次，第二类型喷嘴设置成用于在第一高度之上的第二高度处喷射富氧的第二气体混合物。根据WO 2005119126，所述第二类型喷嘴包括用于将氧气在喷嘴内与第二气态成分混合的装置，该装置在其下端与氧气源（supply）连接并且与第二气态成分的源连接。所述第二气态成分被提及为来自风箱或来自单独的集气器的气体。

在这种装置中，其中氧气在喷嘴中与从风箱引导来的气体混合，混合物中氧气比率的控制总是依赖于风箱中主导的压力并且独立控制即使可能也很困难。

特别是在富氧燃烧循环流化床反应器中，除了由于负荷变化引起的气体速度变化以外，还存在在富氧燃烧循环流化床反应器中保持将富氧气体正确引导到工艺中的问题。

本发明的一个目的是提供一种富氧燃烧循环流化床反应器，其提供用于将再循环的气体和富氧气体二者均引导到富氧循环流化床反应器中的先进技术方案。

本发明的另一目的是提供一种富氧燃烧循环流化床反应器的操作方法，该方法提供了以提高的氧含量来提供燃烧的有效方式。

本发明的进一步的目的是提供一种将现有的循环流化床反应器升级为富氧燃烧循环流化床反应器的方法。

发明内容