專利名稱：循環的流化床反應器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種循環的流化床反應器，特別用于燃料的燃燒，以及涉及一種用于操作循環的流化床反應器的方法。
背景技術：
這樣的流化床反應器特別應用于能源技術或發電廠技術。其中，在反應器室或燃燒室的流化床中燃燒煤或其他的可燃材料，例如廢料或生物物質。為了分離和冷卻在燃料燃燒過程中產生的灰或固體物質，燃燒室的下部區域與一灰冷卻器或固體物質冷卻器連接。作為固體物質冷卻器，已知機械的冷卻器如蛇形冷卻管、冷卻振動流槽等，以及具有固定不動的流化床的冷卻器如流化床冷卻器、灰篩分機、分離冷卻器等。
這樣的流化床冷卻器或固體物質冷卻器，為了冷卻循環的流化床反應器的剩余的灰，可以直接安裝在流化床反應器的下部區域或者與其分離地單獨設置并用相應的管道與燃燒室連接。將待排出的灰在燃燒室的下部通過一設有閉鎖機構或調節機構的排出口并經由一輸入管道供給固體物質冷卻器。在構造有一個或多個室并且各室從下部為達到一流化床而用流化氣體加載的固體物質冷卻器中，使流動性的材料或流動性的灰從入口側以一水平流動通過所述一個或多個室、向對置于入口側的出口側運動并在那里流出和排走。固體物質的冷卻一方面借助于流化氣體直接地進行而另一方面借助于浸入固體物質流化床中的并引導冷卻劑例如水的管束式熱交換器間接地實現，亦即在固體物質與兩冷卻劑之間發生直接的和間接的熱交換，兩冷卻劑分別分開地供給以及排走。導過固體物質流化床的流化氣體在流化床的上方在冷卻器的一個自由空間內排出并從那里經由返回管道回到流化床反應器的燃燒室中。
在上述包括流化床冷卻器或固體物質冷卻器的流化床反應器的操作中，已表明，需要有足夠高的約1m/s的流化速度，以便將粗的固體物質顆粒保持懸浮狀態。否則就會形成粗固體物質沉積物，這可能導致整個固體物質冷卻器的阻塞。這個必需的高的流化速度卻又使待冷卻的固體物質的細小成分不利地通過流化氣體隨帶或吹走并且導致細料在冷卻器流化床中變得稀少。由于缺乏細料而造成不利作用地降低冷卻器內的熱交換。結果是使冷卻器變得較大，其具有較多的熱交換器受熱面和對流化介質更高的需求。由此又造成對流化氣體進行吹送的動力消耗提高，這就降低了設備效率。因為通過流化氣體流隨帶的細料又返回流化床燃燒室中并在較短時間以后重新進入固體物質冷卻器，所以，由細料不利地使固體物質冷卻器被過多裝載并且細料在實際被排出之前受重復冷卻。由于過多裝載，對于有多個冷卻室的冷卻器，存在這樣的危險，即，固體物質流量的一部分在冷卻室的旁路流走并因此不利地降低冷卻效能，因為固體物質流的停留時間不再足夠。
由文獻EP 0 801 592 B1已知同一種的流化床反應器，該已知的流化床反應器具有包括三個室的流化床冷卻器，它直接地亦即沒有管道或通道并只用連接口與反應器的燃燒室連接并且它被從燃燒室排出的固體物質顆粒水平地流過。供給流化氣體的三個室中的每一個都設有用于冷卻排出的固體物質的管束式熱交換器。
由文獻DE OS 19 09 039已知一種包括多個室的流化床冷卻器，在該情況下為六個室，它們分別由擋壁分開并且從下部加給流化氣體以便在各室內產生一流化床。流動性的物質在冷卻器的一側加入，借助于流化床水平地流過冷卻器，亦即所述流動性的物質或固體物質循環地和連續地越過各個擋壁并按這種方式從第一個室一直達到最后一個室，以便最后在冷卻器的對置于入口的那側流出。在這種情況下，冷卻一方面直接借助于從下部供給的并流過固體物質的流化氣體自行地實現而另一方面間接借助于浸入流化床中的管束來實現，該管束將冷卻劑以間接的熱交換導過固體物質流化床。用于直接和間接冷卻的介質分別分開地輸入以及排走。

發明內容
因此本發明的目的是，提供一種循環的流化床反應器，其中避免上述的缺點或雖然存在較粗的固體物質顆粒但借助于流化氣體盡可能少地使細料在燃燒室中再循環或者防止細料在燃燒室中再循環。此外本發明的目的是，指明一種用以操作這種循環的流化床反應器的方法。
上述目的關于循環的流化床反應器通過權利要求1表明的特征來達到，而關于方法則通過權利要求11的特征來達到。
由諸從屬權利要求得知本發明的各有利的實施形式。
通過本發明的方案，提供了一種循環的流化床反應器以及一種用以操作循環的流化床反應器的方法，它們具有下列優點-改進了固體物質冷卻器的效率；-雖然提高了固體物質冷卻器中的流化速度，但也能夠借助于固體物質冷卻器從流化床反應器的燃燒室中排出很細的灰粒；-在包括多個室的固體物質冷卻器中，防止熱的亦即絕大部分未冷卻的固體物質的旁路通行；-較緊湊的結構高度，因為可以降低在固體物質冷卻器的流化床之上的自由空間高度(Freeboard)；-在現有的固體物質冷卻器中事后安裝分離器是可能的；-成本是很低的。
本發明的一種有利的實施形式規定，將分離器構成為收集槽分離器，它主要包括一個或多個U形或V形或W形的型材或單面敞開的梯形型材并且其型材口基本上逆著流化氣體流定向。通過使用這種敞開的盒式型材，可以利用成本很低以及很有效的分離器方案。
在本發明的特別有利的設計中，分離器設有至少一排收集槽分離器，其中并列和彼此間隔開地設置每一排的收集槽分離器并且各排收集槽分離器基本上垂直于流化氣體流并在存在多個排時沿流化氣體流的方向接連地設置。在這方面一種合乎目的的設計還規定，一個排的各收集槽分離器沿流化氣體流的流動方向分別位錯于一個位于上游和/或下游的排的各收集槽分離器設置。通過這些措施優化了細料從流化氣體流中的分離。
收集槽分離器的長度宜至少為自由空間高度HF的0.4倍和/或收集槽分離器或敞開的盒式型材宜相對于垂直線設置在+/-60°的角度α內。通過這些結構措施可以對分離器的作用方式產生有利的影響。
分離器可以有利地按下述方式設計，即，通過例如改變定位角β(垂直線與分離器側廓之間的角度)或者側向移動各收集槽分離器或包括收集槽分離器的各排或者垂直移動分離器，在操作過程中改變或調整分離效能。
本發明的一種有利的實施形式規定，流化氣體在各室內的垂直的流化速度在0.2m/s與1.8m/s之間而流化氣體在自由空間內的水平的速度在1m/s與5m/s之間。通過該措施，最佳地使得本身較粗的固體物質顆粒在流化床中可以保持懸浮狀態，由此可以被冷卻和排出，同時細的固體物質顆粒通過分離器從流化氣體流中分離并可以被送回流化床。


以下借助附圖及其描述更詳細地說明本發明的實施例。其中圖1包括固體物質冷卻器的循環的流化床反應器的示意示出的縱剖面圖；圖2包括三個室的固體物質冷卻器的示意示出的縱剖面圖；圖3固體物質冷卻器的細部縱剖面圖，其中以兩排U形型材的形式示意示出分離器；圖4示意示出按圖3中剖面A-A旋轉90°的剖面的固體物質冷卻器的分離器的細部橫剖面圖；圖5如圖3，但分離器的各排U形型材配備有一轉動機構，各U形型材處于垂直位置；圖6如圖5，但包括已繞一轉軸轉動的各排U形型材；
圖7如圖3，但分離器的各排U形型材配備一垂直的移動機構，各U形型材未垂直移動；圖8如圖7，但包括已垂直移動的各排U形型材；圖9如圖4，但分離器的各排U形型材配備一水平的移動機構，各排U形型材彼此位錯；圖10如圖9，但包括已水平移動的各排U形型材，各U形型材前后對齊；圖11如圖4，但各排U形型材同心于一排出口設置。
具體實施例方式
圖1示意示出一循環的流化床反應器1，它具有一反應器室或燃燒室2，其中在流化床中燃燒固體的塊狀燃料，例如煤、廢料、生物物質等，以及具有一與燃燒室2連接的流化床冷卻器或固體物質冷卻器3。燃燒時產生的灰13絕大部分聚積在燃燒室2的底部上并且剩余部分的灰從燃燒室2中流出并經由流化床冷卻器3排走。灰18經由一冷卻器裝填管道18流出燃燒室2，該裝填管道將燃燒室2經由一固體物質進入口15連接于冷卻器3。在燃燒室2的出口上設置一灰調節配件17，用以調節流出到冷卻器3中的固體物質流量13。
為了冷卻灰或固體物質13，流化床冷卻器3設有一個或多個渦流室4、5、6，其中圖2示例性示出包括三個渦流室4、5、6的冷卻器3。為了冷卻固體物質13和為了在室4、5、6內產生一流化床35，通過從下部經由一流化底部20噴入和分配流化氣體12而將流化氣體12，在大多情況下為空氣，輸入冷卻器3的下部10。流化氣體12的均勻分配通常經由各流化噴嘴21來實現，并且它們還可以阻止固體物質13進入在流化氣體底部20下方的氣體或空氣室22。
通過進入口15流入冷卻器3中的固體物質13進入到第一渦流室4，在那里與已存在的固體物質13混合并通過流化氣體12冷卻。在第一室4后接的渦流室5、6中實現固體物質13的繼續冷卻，其中，通過流化的固體物質13的水平或橫向流動，分別在部分地分開室4、5、6的擋壁或隔墻7、8處，固體物質分流24、25進入到后接的室5、6內。為了加強或優化固體物質13的冷卻，室4、5、6可以包括附加的熱交換器管束23，經由它帶走固體物質13的一部分熱并傳向另一載熱介質(冷卻水、冷凝液、給水等)，該載熱介質在熱交換器管束23內循環。固體物質13的大部分在其冷卻到要求的溫度以后作為固體物質分流26經由排出口16離開灰冷卻器3，在排出口16前面連接一壁或隔墻9。其他的固體物質排放27、28、29可以設置在渦流室4、5、6的底部上。經由它們特別是排出較粗的固體物質顆粒，其由于固體物質13在冷卻器3內的水平流動以及其與較小的固體物質顆粒相比自重較大而不可能橫越隔墻7、8、9。
待冷卻的固體物質13通常由粒度在0.05mm至最大約20mm之間的顆粒范圍組成。為了防止較大的固體物質顆粒沉積在流化噴嘴21上，需要通過供給的流化氣體流12調定一最小流化速度。固體物質13的粗大成分越多，流化速度必須選擇得越高。隨著流化氣體12流化速度的增大，加強了細的固體物質顆粒從室4、5、6中向冷卻器流化床35上方自由空間的排放。包含該細的固體物質顆粒的流化氣體分流12.1、12.2、12.3絕大部分從各個室4、5、6中經由一個或多個返回管道19回到燃燒室2。只要該返回燃燒室2的細的固體物質13沒有經由另一路線離開燃燒室2，則其在較長的時間以后重新排入灰冷卻器3內，在那里重復同樣的返回過程。由于細的固體物質13通過灰冷卻器3這樣多次循環而降低了灰冷卻器3的排放容量。而且還提高了在熱交換器管束23內循環的載熱介質上的熱量，其總的來說是一種損耗。
為了在最大程度上避免或減少使細粒的固體物質13向燃燒室2返回，按照本發明，在冷卻器3的自由空間11內設置一個或多個分離器30。分離器30優選設計為收集槽分離器，該分離器基本上和示例性包括多個U形型材31并且其U形型材口32基本上逆著流化氣體流12定向，分離器在自由空間11內基本上水平布置。代替示例的U形型材31也可以采用V形的或W形的或敞開的梯形的型材31作為收集槽分離器。從相應的室4、5、6流出的并且富含細的固體物質顆粒的流化氣體分流12.1、12.2、12.3被導向適當地在排出口14的上游設置的U形型材31并將固體物質顆料排入U形型材31的內部或中心區域32，同時流化氣體分流12.1、12.2、12.3在各U形型材31之間流過。在U形型材31內，固體物質顆粒由于其自身的重力而回落到渦流室4、5、6的流化床35中。這里，收集槽分離器或U形型材31的長度尺寸確定為使得固體物質顆粒直到流化床35之前或甚至直接排入相應的室4、5、6的流化床35中。通過將固體物質13借助于設計為收集槽分離器的分離器30分離以及使其返回到渦流室4、5、6中，從而，即使細的固體物質顆粒也能夠經由底部排放27、28、29或排出口16離開。
本發明的循環的流化床反應器1的固體物質冷卻器3優選在渦流室4、5、6中以流化氣體12的垂直的流化速度在0.2m/s與1.8m/s之間而在自由空間11內以流化氣體12的水平的速度在1m/s與5m/s之間操作。
按照本發明將細灰粒或固體物質細粒分離和送回而帶來的一個有利的附加作用是，由此使得固體物質冷卻器3的渦流室4、5、6中的固體物質種類變成細粒度的。因為細粒度的材料可以更好地流化，所以就抑制了固體物質粗顆粒在流化底部20上的聚積和沉積物形成。
各分離器30如圖2至4中所示通常是固定設置的，亦即固定不動地設置或安裝在冷卻器3的自由空間11內。其中各分離器30可以設置在冷卻器流化床35或熱交換器管束23的上方或者擋壁或隔墻7、8的上方。其中如圖2中所示，它們可以垂直地或相對于垂直線成一角度α優選成+/-60°的角度α并且沿著流化氣體12的流動方向設置在氣體側的冷卻器排出口14的上游。
圖3和4以冷卻器3的縱剖面和橫剖面示出兩排36、37固定設置的分離器30。分離器30的各U形型材31具有一長度L、一寬度B和一深度T。其中，并列地位于一個分距tB中的相應排36、37的各U形型材31彼此是間隔開的，間距tB優選為U形型材31寬度B的1.4至3.0倍，以便為流向排出口14的流化氣體分流12.1、12.2、12.3提供足夠的通過橫截面。第二或必要時其他的沿流化氣體12的流動方向在第一排U形型材36后面設置的U形型材排37優選離開第一排36或另一排以等于U形型材31深度T的1.4至3.0倍的間距tT間隔開設置。為了提高分離效能，所述第二或其他的排37的各U形型材31分別以一半的分距tB位錯，從而第二或另一排37的各U形型材31總是居中地位于第一或處在其前面的排36的各U形型材31之間的通道上。各U形型材31的長度L可以沿在固體物質冷卻器流化床35上方自由空間11的全高HF延伸。為了實現有效的分離，有利的是，各U形型材31的長度L至少有0.4倍的自由空間高度HF。在圖3至10中分別示出兩排U形型材36、37，它們基本上垂直于流化氣體流并沿著流化氣體流的方向接連設置。
圖5至10示出分離器30分離效能的調節可能性。按圖5和6的分離器30設有一共同的轉動裝置33，借其可將兩個排36、37從垂直線以一角度β一直幾乎轉到水平線。圖5示出各分離器30處于垂直位置并且是在全分離效能的情況下，而在圖6中，各分離器30從垂直線轉到一角位置β并且此時從流化氣體流12中分離出顯著較少的細粒。在圖7和8中，例如借助于一個用于垂直或水平或側向移動分離器30的未更詳細示出的裝置34可以通過各分離器30的垂直移動來改變或調節分離效能。由于各U形型材31從自由空間11沿著垂直方向移動或推移一尺寸V(這可以按圖8向下或也可以向上實現)，從而可以改變和調節分離效能。分離效能的改變和調節借助于一個用于垂直或水平或側向移動分離器30的未更詳細示出的裝置34通過第二或其他的U形型材排37的水平、側向移動也是可能的，如圖9和10中所示。當如圖10所示第二排37各U形型材31與第一排36的各U形型材重疊或對齊時分離效能最大地降低。在各U形型材31大小相同并且冷卻器橫截面寬度保持不變的條件下，則第二排37或其他的排的各U形型材31側向移動了一半的分距tB。
圖11示出分離器30的一種布置方案，其中，各U形型材或單面敞開的梯形型材31的各分離器排同心于一排出口14設置。在此，徑向靠外的排36的各U形型材31如同在各接連設置的排中位錯于徑向靠內的排37的各U形型材31進行設置。因此，在流化氣體流12流出冷卻器以前可以實現細固體物質顆粒的有效分離，其中載有細粒的流化氣體流12被最大程度地清除了來自各方向的細粒。
附圖標記清單1循環的流化床反應器2反應器室或燃燒室3固體物質冷卻器或灰冷卻器或流動床冷卻器4渦流室5渦流室6渦流室7擋壁或隔墻8擋壁或隔墻9固體物質冷卻器的出口上的壁或隔墻10 渦流室的下部11 冷卻器流化床上方的自由空間12 流化氣體12.1 流化氣體分流12.2 流化氣體分流12.3 流化氣體分流13 固體物質或灰14 流化氣體的排出口15 固體物質的進入口16 固體物質的排出口17 灰調節配件18 冷卻器的裝填管道19 冷卻器向燃燒室的返回管道20 流化底部21 流化噴嘴22 氣體或空氣室(-全體)23 熱交換器管束
24溢出口的固體物質分流25溢出口的固體物質分流26溢出口的固體物質分流27底部上的固體物質排放28底部上的固體物質排放29底部上的固體物質排放30分離器31U形或V形或W形或單面敞開的梯形的型材32U形或V形或W形或梯形的型材口33轉動裝置34用于垂直和/或水平和/或側向移動分離器的裝置35固體物質冷卻器流化床36分離器排137分離器排權利要求
1.循環的流化床反應器，特別用于燃料的燃燒，包括一燃燒室(2)，此燃燒室具有一在其內流化的固體顆粒材料的床身和一與之連接的固體物質冷卻器(3)，用以冷卻從燃燒室(2)的下部排出的灰或固體物質(13)，冷卻器(3)包括-至少一個渦流室(4、5、6)，用于使待冷卻的固體物質(13)以一種水平流動通過，其中，每一渦流室(4、5、6)具有一下部(10)和一位于冷卻器流化床(35)上方的并與相應的渦流室(4、5、6)在氣體側及固體物質側連通的自由空間(11)；-用于將流化氣體(12)輸入每一個下部(10)的裝置，以便在所述渦流室(4、5、6)中流化顆粒材料；-至少一個排出口(14)，用于將流化氣體(12)從自由空間(11)中排入燃燒室(2)的下部區域；-至少一個進入口(15)，它將第一渦流室(4)與燃燒室(2)的下部連接，用于將灰(13)從流化床燃燒爐的底部附近導入冷卻器(3)中；以及-至少一個排出口(16)，它與最后的渦流室(4、5、6)連接，用于將固體物質(13)從冷卻器(3)中排走；其特征在于，在冷卻器(3)的自由空間(11)內設置至少一個分離器(30)，用于從向排出口(14)方向流動的并含有固體物質顆粒(13)的流化氣體(12)中分離固體物質顆粒(13)并且使分離出的固體物質(13)返回到渦流室(4、5、6)中。
2.按照權利要求1所述的循環的流化床反應器，其特征在于，分離器(30)設計為收集槽分離器，它主要包括多個U形或V形或W形的型材或單面敞開的梯形型材(31)并且其型材口(32)基本上逆著流化氣體流定向。
3.按照權利要求1或2所述的循環的流化床反應器，其特征在于，分離器(30)設有至少一排(36、37)單面敞開的型材(31)，其中，每一排(36、37)的各型材(31)并列和彼此間隔開地設置，并且各型材排(36、37)基本上垂直于流化氣體流并在存在多個排(36、37)時沿流化氣體流的方向接連地設置。
4.按照權利要求3所述的循環的流化床反應器，其特征在于，一個排(36、37)的各型材(31)沿流化氣體流的方向分別位錯于一個位于上游和/或下游的排(36、37)的各型材設置。
5.按照權利要求2至4之一項所述的循環的流化床反應器，其特征在于，型材(31)的長度(L)至少為自由空間高度(HF)的0.4倍。
6.按照權利要求2至5之一項所述的循環的流化床反應器，其特征在于，各型材(31)相對于垂直線設置在+/-60°的角度(α)內。
7.按照上述權利要求之一項所述的循環的流化床反應器，其特征在于，通過改變分離器(30)的定位角(β)可調節分離器(30)的分離效能。
8.按照上述權利要求之一項所述的循環的流化床反應器，其特征在于，通過各型材(31)或包括各型材(31)的各排(36、37)的側向移動可調節分離器(30)的分離效能。
9.按照上述權利要求之一項所述的循環的流化床反應器，其特征在于，通過分離器(30)的垂直移動可調節分離器(30)的分離效能，其中分離器可移到部分或完全在自由空間(11)之外的區域內。
10.按照上述權利要求之一項所述的循環的流化床反應器，其特征在于，流化氣體(12)在室(4、5、6)中的垂直的流化速度在0.2m/s與1.8m/s之間，而流化氣體(12)在自由空間(11)內的水平的速度在1m/s與5m/s之間。
11.用以操作按照權利要求1的特征的循環的流化床反應器的方法。
全文摘要
循環的流化床反應器，特別用于燃料的燃燒，包括一燃燒室(2)，它具有一在其中流化的固體顆粒材料的床身和一與之連接的固體物質冷卻器(3)，用以冷卻從燃燒室(2)的下部排出的灰或固體物質(13)，冷卻器(3)包括至少一個渦流室(4、5、6)用于使待冷卻的固體物質以一水平流動通過，其中，第一渦流室(4、5、6)具有一下部(10)和一位于冷卻器流化床(35)上方的并與相應的渦流室(4、5、6)在氣體側和固體物質側連通的自由空間(11)；用于將流化氣體(12)輸入每一下部(10)的裝置，以便在所述渦流室(4、5、6)中流化顆粒材料；至少一個排出口(14)，用以將流化氣體(12)從自由空間(11)中排入燃燒室(2)的下部區域；至少一個進入口(15)，它將第一渦流室(4)與燃燒室(2)的下部連接，用于將灰(13)從流化床燃燒爐的底部附近導入冷卻器(3)中；以及至少一個排出口(16)，它與最后的渦流室(4、5、6)連接，用于將固體物質(13)從冷卻器(3)中排走；其中，在冷卻器(3)的自由空間(11)內設置至少一個分離器(30)，用于從向排出口(14)方向流動的并含有固體物質顆粒(13)的流化氣體(12)中分離固體物質顆粒(13)并且使分離出的固體物質(13)返回到渦流室(4、5、6)中。
文檔編號B01J8/18GK1908514SQ20061010910
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月3日 優先權日2005年8月3日
發明者貝恩德·克羅默爾, 約阿希姆·澤貝爾, 貝恩德·塔勒爾 申請人:阿爾斯通技術有限公司