[发明专利]用于流化床反应器的卧式旋风分离器

说明书

本发明总的来说，涉及一种旋风分离器，更具体说涉及一种用于从燃料在流化床反应器中燃烧后所产生的气体中分离固体粒子的卧式旋风分离器。

流化床燃烧反应器是众所周知的。在这些装置中有一粒状物质床，该床含有矿物燃料（例如煤）和用以吸附煤燃烧后所释出的硫的吸附剂，空气通过该粒状物质床以使床流化并促进燃料在较低的温度下燃烧。当流化床所产生的热量用于使水转化成蒸汽时（例如在蒸汽发生器中那样），流化床反应器兼有热量释放大、硫吸附多、氮的氧化物排放少和燃料选择灵活性大这些引人注意的特点。

最典型的流化床反应器包括通常称为鼓泡式流化床的那类反应器，在该反应器中，粒状物质床受一空气分配板支承，助燃空气通过空气分配板中的许多孔眼引入粒状物质床，从而使粒状物质膨胀并呈悬浮或流化状态。如果该反应器是蒸汽发生器的形式，那么反应器壁是由许多传热管构成的。在流化床内燃烧所产生的热被传给在管内循环的热交换介质（例如水）。传热管通常与含水的自然循环线路 相连，含有一汽泡，以分离生成的蒸汽中的水，并将蒸汽送往涡轮发电或供蒸汽用户使用。

为了进一步提高鼓泡式流化床的燃烧效率，改进对其污染排放物的控制和改善其操作弹性（operation  turn-down），人们已研制了一种使用快速流化床的流化床反应器。按照这种技术，流化床的密度可低于典型的鼓泡式流化床的密度，同时，空气速度等于或大于鼓泡式流化床的空气速度。低密度快速流化床之所以产生是由于其粒子小且固体粒子通过量大，后者需要大量固体粒子循环。

快速流化床，由于其需要大量固体粒子循环，因而对燃料放热型式是不敏感的，从而使燃烧室或燃气发生器内的温度变动减少到最低程度，这样就使生成氮的氧化物减少，而且，大的固体粒子循环量使得用于将气体与循环用固体粒子分离的机械装置的效率提高。结果使硫吸附剂和燃料的停留时间增加，这又使吸附剂和燃料的消耗量降低。此外，快速流化床本身的操作弹性大于鼓泡式流化床。

但是，快速流化床方法并不是没有问题的。例如，快速流化床方法所用的粒状燃料和吸附物质必须是较细的。因此粒状物质需要进一步粉碎和干燥，而这是昂贵的。而且，充分吸附硫所需的床高度会大于常用的鼓泡式流化床系统中的床高度，这又进一步增加了基本建设费用和生产费用。

美国专利No.4，809，623公开的那种类型反应器综合了鼓泡式流化床和快速流化床二者的工作原理和优点。这种“混合”反应器和 方法的特点是在流化床之上形成一气柱，该气柱含有一种由空气、流化床燃烧而产生的气体产物和粒状物质三者组成的混合物;粒状物质有一部分是较粗的，足以一直留在床中，但另一部分是较细的，会被空气和燃烧的气体产物带走。在该气柱中粒状物质处于饱和状态，粒状物质被从混合物中分离出来，一部分分离出来的粒状物质被送往外部设备。

鼓泡式流化床，特别是快速或混合流化床燃烧反应器，需要较大的旋风分离器，以将燃烧气体中夹带的固体粒子分离出来，供循环使用。典型的旋风分离器包含一垂直方向的筒形旋涡室。在该旋涡室中装有一中心气体出口管，以使分离开来的气体上升，而分离出来的粒子则经过一竖管并通过分离器的漏斗状底部返回流化床。这种所谓立式旋风分离器的尺寸是很大的，不可能采用可以实现模块化并易于运输和安装的紧凑系统的设计。对于较大的燃烧系统来说，往往需要几个立式旋风分离器以充分分离粒子，这就使尺寸问题复杂化，而且通常需要复杂的气道，工作效率降低。

现已建立其特点在于有一个水平方向的涡流室的卧式旋风分离器，它消除了许多上述问题。例如，卧式旋风分离器易于安装在反应器内的上部且与反应器壁形成一体。然而，已知的卧式旋风分离器有各种不同的缺点，特别是在循环和排气装置方面，因此需要长的导管以将气体送往热回收区，否则其结构和（或）工作的效率就较差。

因此本发明的第一个目的是提供一种尺寸较紧凑的、可实现模块化并较易安装的流化床反应器。

本发明的第二个目的是提供这样一种上述类型的流化床反应器，其中的旋风分离器的尺寸、重量和费用均小于常用的分离器。

本发明的第三个目的是提供这样一种上述类型的流化床反应器，其中的常用旋风分离器被卧式旋风分离器所替代。

本发明的第四个目的是提供这样一种上述类型的流化床反应器，其中的卧式旋风分离器能改善粒子的分离和排气。

本发明的第五个目的是提供这样一种上述类型流化床反应器，该反应器用于产生蒸汽。