[发明专利]使用折流板系统的流化床反应器及其操作方法

说明书

本发明涉及一种流化床反应器及其操作方法，更具体来说，涉及一种使用折流板系统以改善颗粒材料循环速率的流化床反应器。

反应器如燃烧室，蒸汽发生器等，利用流化床作为一次生热源，这是大家所熟知的。在上述装置中，空气送入反应器的炉体中，通过炉体中的颗粒材料床，颗粒材料包括矿物燃料如煤，和吸收剂如石灰石的混合物，吸收剂用来吸收煤燃烧所生成的硫。空气使上述床流化并促进燃料的燃烧。当反应器用作蒸汽发生器时，燃料燃烧所生成的热用来将水转变为蒸汽。流化床反应器可使燃烧具有释放热量高，硫的吸收率高，氮的氧化物排放低以及可适用多种燃料的优点。

最典型的流化床燃烧系统一般称为“沸腾”流化床，其中，一致密的颗粒材料床由空气分配板支承，通过空气分配板上许多小孔送入助燃空气，使颗粒材料膨松，呈悬浮即流化床状态。空气速度一般是形成支承床重压力降所需速度(例如最小流化速度)的二、三倍，从而形成通过床升起的沸腾，呈现沸腾液体的外观。

为了改善燃烧效率，控制污染排放，调低流化床操作，已研制了一种流化床，利用一种通称为“循环”流化床的，膨松的淘折流化床。在这种流化床中，与沸腾流化床相比较，减小了颗粒材料的粒度，提高了空气速度，因此，床面变得更为弥散，从流化床携带的固体增加。按照该工艺，在炉体的下部所获得的流化床密度明显地低于典型的沸腾流化床，而炉体的上部布满携带的颗粒材料的程度大于沸腾流化床。在炉体上部增加的固体携带量导致需要固体高循环速率的高物料通过量。具有固体高循环速率的反应器需要大型的昂贵的分离器使携带的固体在燃烧气体通过热回收区前与热燃烧气分离开来以减小在热回收区中对热回收表面的腐蚀。分离出的固体被送回流化床。

转让给本申请的同一受让人的美国专利第4,809,623号和第4,809,625号公开了一种流化床反应器，其中，在炉体下部中保持一致密的即沸腾流化床，而该流化床又同时作为一循环流化床而工作。这种设计的优点是具有沸腾流化床和循环流化床两者的优点，另一重要优点是可以利用粒度范围较宽的颗粒燃料。

在所有上述设计中，形成燃料和吸收剂均匀混合物，一部分燃料不燃烧，一部分燃料部分燃烧，一部分燃料完全燃烧；一部分吸收剂不反应，一部分吸收剂部分反应，一部分吸收剂完全反应。颗粒材料必须有效地从系统中排出以容纳新的燃料和吸收剂。为此，一部分颗粒材料通常从床的下部通过一排出管从反应器中排出。

已经发现，一重要的工作参数——流化床中的粒度分布可通过将部分上述被排出的颗粒材料循环送回炉体的方式加以有效地控制。完成这一点的方式往往是，将空气吹过被排出的颗粒材料以除去并携带颗粒材料中的较细部分并将其送回炉体。

例如，在转让给本申请的同一受让人的美国专利第4,829,912号中公开了一种在流化床中控制粒度分布的方法，其中，空气携带着通过排出管排出的颗粒材料的较细部分，用一股气流吹送，将其循环送回炉体。在这种设计中，未循环的颗粒材料的热量可投入生产性用途，如预热助燃气体或进行预热或过热工作。

一个临近反应器炉体的卸料器/冷却器可以完成被排出颗粒材料的较细部分的循环以及从被排出但未被循环的颗粒材料带走热量两项工作。在这种设计中，卸料器/冷却器容纳通过排出管从炉体排出的颗粒材料，空气吹过卸料器/冷却器的第一部分以便吹走即携带送回炉体的颗粒材料的某些较细部分。在卸料器/冷却器中的其余颗粒材料通常则送至冷却部分，在那里从颗粒材料上除去热量，具体作法是用水/蒸汽与颗粒材料进行热交换，或者在从系统中排出前使空气吹过颗粒材料。当使用空气从未循环的颗粒材料带走热量时，空气往往被送回炉体用作经过预热的助燃空气。

但是在某些情况下，如当使用会产生过量的较细灰烬的燃料时，或者当必须使用较大量的较细的吸收剂与具有较高硫份的燃料一起使用时，在卸料器/冷却器中被带走并送回炉体的较细颗粒材料则会使炉体中或上部炉料中的较细部分的量增加至不可接受的水平。过度的炉上部装料要求较大的，更昂贵的卸料器/冷却器以及分离器，和/或要求炉在低的化学当量条件下工作，这会使效率降低。

当用来冷却卸料器/冷却器的冷却部分中的颗粒材料的方法是将空气吹过颗粒材料时，会使炉上部装料变劣。为获得高的冷却速率，通过冷却部分的空气速度和流动速率必须很高。然而高的空气速度和流动速率会携带较大量的颗粒材料，当这种空气用作助燃空气时会导致送回炉体中的细颗粒量更大，从而进一步增大炉上部的装料。为防止在卸料器/冷却器中颗粒材料的结块也必须在冷却部分中使用高的空气速度，这使事情更加复杂化。