專利名稱：腔室中氣體與破碎后的固體物料之間進(jìn)行反應(yīng)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是在腔室(下面稱之為反應(yīng)器)中使至少一種氣體與至少一種破碎的固體物料間進(jìn)行放熱或吸熱反應(yīng)的裝置，該裝置至少有一輸入破碎的固體物料的設(shè)備，有至少一個(gè)引入硫態(tài)化和反應(yīng)氣體的設(shè)備，破碎的固體物料以及流態(tài)化氣體分別輸入的流量應(yīng)使它們能在快速循環(huán)流化床的區(qū)域內(nèi)讓氣體和破碎的物料產(chǎn)生向上的流動(dòng)，還有一些能將到達(dá)反應(yīng)器上部的反應(yīng)氣體和破碎的物料的混合物輸送到分離機(jī)構(gòu)的設(shè)備、將反應(yīng)生成的氣體排放的設(shè)備以及將來自分離機(jī)構(gòu)的破碎的物料再循環(huán)到反應(yīng)器底部的設(shè)備。
類似的在流化床上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的技術(shù)主要?dú)w為兩類。
第一類叫做稠密流化床，其特征是根據(jù)反應(yīng)腔中破碎的固體的稠密度可以有兩個(gè)不同的區(qū)域，這種破碎的固體稠密度在第一區(qū)域中很高，例如對(duì)于燃燒流化床來說它為1000kg/m3，而在第一區(qū)域的上方，并由一個(gè)比較確定的面與之分開的第二區(qū)域中的稠密度則非常低，例如小于1kg/m3。氣體和固體顆粒間的速度差并不大。在燃燒反應(yīng)器的情況下，燃燒率不太高，例如85-95%，噴射的氧化硫與氧化氮的比值很大，這就使該技術(shù)只限于用在小功率的裝置中。
在第一類技術(shù)中，英國專利申請(qǐng)GB-A-1412033提出用一個(gè)其下部邊緣與流化床柵板分開的環(huán)形隔板把稠密流化床的燃燒反應(yīng)器分成稠密床的中心燃燒區(qū)和固體顆粒向下流動(dòng)的稠密床的環(huán)形區(qū)，其目的只是確保與圍繞反應(yīng)器的外殼進(jìn)行熱交換。有一部分稠密床中心區(qū)域的固體顆粒在環(huán)形隔板的上部溢出并落到稠密床環(huán)形區(qū)域中，然后再在環(huán)形隔板下部邊緣的下部回到中心燃燒區(qū)。這種裝置存在上述稠密流化床反應(yīng)器的缺陷，主要是稠密床上方具有固體稠密度很小的反應(yīng)區(qū)域。另外，用與離心式鼓風(fēng)機(jī)相同的方法保證使只在稠密流化區(qū)域的上部提取的固體物料進(jìn)行再循環(huán)，而鼓風(fēng)機(jī)位于現(xiàn)在要描述的那種循環(huán)流化床的出口處。
已知的第二類技術(shù)叫作“循環(huán)”式的流化床，這種流化床在REH的文章中已作過描述，該文章發(fā)表在1971年2月出版的“化學(xué)工程進(jìn)展”(Chemical Engineering Progress)雜志中。它主要應(yīng)用于法國專利2323101和2353332(METALLGESELLSCHAFT)中。它與第一類的主要差別在于兩個(gè)區(qū)域之間無分界面，而在整個(gè)反應(yīng)器中的反應(yīng)溫度均勻。破碎的固體物料的稠密度在整個(gè)反器中由下至上非常顯著地連續(xù)變化，氣體和固體顆粒間的速度差也非常大。對(duì)于燃燒反應(yīng)器來說，燃燒率較高，氧化硫和氧化氮的噴射比值也較小。這種技術(shù)可用于大功率的裝置，但也有一些缺陷。
在燃燒反應(yīng)的情況下我們可以看到這些缺陷，我們發(fā)現(xiàn)循環(huán)流化床的反應(yīng)器可以描述為a)體積為最大、固體顆粒稠密度變化受到限制但已足夠用的上部。在該上部，通常與由管子復(fù)蓋的外壁進(jìn)行熱交換，反應(yīng)器的冷卻流體在這些外壁中通過。固體的稠密度(例如該上部的固體稠密度)自下而上是變化的，變化值為50kg/m3-10kg/m3，這些數(shù)值有時(shí)也可以不這么高。實(shí)際上，這些數(shù)值對(duì)應(yīng)于用復(fù)蓋外壁的管子進(jìn)行的熱交換。滿負(fù)載時(shí)氣體速度通常限定在4m/s-6m/s，以避免腐蝕的危險(xiǎn)。
b)固體稠密度非常高，例如自下而上的稠度密變化由500kg/m3-50kg/m3的下部，它們的比值為10，如果反應(yīng)器在半負(fù)載的情況下工作，該比值甚至可以達(dá)到20，也可以使流態(tài)化氣體的速度提高不足兩倍。其實(shí)該下部是一個(gè)燃燒區(qū)，有一部分通常叫作一次氣體的燃燒所需的氣體通過反應(yīng)器下部的柵格吸入到該燃燒區(qū)。而大部分存留的叫作二次氣體的可燃?xì)怏w在幾個(gè)高于該柵格的部位進(jìn)行噴射，這些部位的使用可以隨反應(yīng)器的負(fù)載而改變(在局部負(fù)載的情況下某些部位可以不起作用)。
在該反應(yīng)器下部中的可燃?xì)怏w的速率造成二次氣體的截面和二次氣體分階段的輸入改變，而事實(shí)上所研究的速率是與上部速率相同的。這就是燃燒區(qū)或稠密度發(fā)生很大改變的原因，這樣就會(huì)造成下面的幾種缺陷-燃燒不完全，對(duì)于某些不易燃燒的燃料來說沒有完全燃燒完的物質(zhì)與氧化氮的含量在反應(yīng)器出口處可能會(huì)提高;
-溫度不均勻，它可能造成固體顆粒堆積并使反應(yīng)器經(jīng)常堵塞;
-脫硫率可能不夠高，因而需要噴射大量脫硫劑;
-因?yàn)橐蟀褮怏w的速度維持在最小而保持令人滿意的硫化狀態(tài)，所以能滿足反應(yīng)器負(fù)載變化的靈活性就受到限制，該最小速度為3m/s的數(shù)量級(jí)。
為改善溫度的均勻性和燃燒性能，人們通常必須增加反應(yīng)器中的固體物料，這樣為進(jìn)行流化就會(huì)增加能量消耗。
為了克服這些缺陷，通常在不同的部位噴射二次氣體，并根據(jù)反應(yīng)器的負(fù)載情況改變一次和二次氣體流量的比值。但在限定的范圍內(nèi)并不能對(duì)這些因素起到作用，這是因?yàn)槠渌恍?yīng)該考慮的準(zhǔn)則阻止它們的變化。
-燃料的質(zhì)量，它要求使一次氣體的流量保持在大于最小值值上;
-為使氧化氮的輸入減少到最小值，需要將反應(yīng)器下部區(qū)域的下部中的壓力維持在大氣壓力以下;
-為了預(yù)防大幅度地增加固體稠密度的非均勻性，在反應(yīng)器負(fù)載減少時(shí)，有必要使需要燃燒的氣體過量地增加，同時(shí)應(yīng)該注意盡可能地限制氧化氮的生成并且不使裝置的熱效率明顯降低。
因此，構(gòu)成燃燒區(qū)域的下部中的稠密度的大的改變是不利的，我們應(yīng)該在各個(gè)不同部位之間尋求稠密度的更加均勻性，這種更加均勻性不僅可以改善燃燒效率，而且也降低了流化所需要的能量消耗。
然而，因?yàn)橄旅鎯蓚€(gè)主要問題，循環(huán)流化床不可能滿足這種要求a)燃燒區(qū)域中流態(tài)化氣體的速度與進(jìn)行熱交換的上部中所選擇的速度有關(guān);
b)固體顆粒向下和向上運(yùn)動(dòng)，這如

圖1所示，而大量粒度很細(xì)的固體顆粒決不會(huì)再下落到流化柵格的附近，這就會(huì)沿著反應(yīng)器的高度造成粒度分級(jí)的層理，并使其在下部與更大粒度的顆粒發(fā)生作用。例如，在硫化柵格以上第一米的高度上的稠密度特別接近于稠密床的稠密度，這會(huì)耗費(fèi)大量能量，不利于充分燃燒。
在包含同類技術(shù)的其它專利中也提供了一些循環(huán)液化床的工作設(shè)備美國專利US4，594，967和歐洲專利0332，360提出設(shè)置一種在循環(huán)流化床的出口處截取物料的稠密流化床裝置，這樣，在此處截取物料就會(huì)使收集到傳統(tǒng)離心式鼓風(fēng)機(jī)中的物料減少，該鼓風(fēng)機(jī)在燃燒室頭部的出口處，該燃燒室頭部構(gòu)成位于稠密床上方的釋放區(qū)。
在這些專利中-稠密流化床設(shè)置在循環(huán)流化床反應(yīng)器的出口處，該出口在反應(yīng)器的邊上(對(duì)于具有矩形橫截面反應(yīng)器的歐洲專利EP0332360和美國專利US4，594，967)，也可以直接在該反應(yīng)器的上面(對(duì)于具有圓形橫截面反應(yīng)器的歐洲專利EP0332360)。
-將離心式鼓風(fēng)機(jī)裝在燃燒室頭部的出口(歐洲專利EP0332360)，也可以裝在管形殼體的后面，該殼體裝有一些能使氣體溫度升高的熱交換器(美國專利US4，594，967)，該殼體并不作為循環(huán)流化床的一部分，即并不是該項(xiàng)專利的目的。在任何情況下，由稠密流化床收集物料都會(huì)導(dǎo)致收集到離心式鼓風(fēng)機(jī)中的物料的減少，而且不會(huì)改變?cè)谘h(huán)流化床反應(yīng)器中進(jìn)行再循環(huán)的物料的最大值。
-在該兩個(gè)專利中，燃燒室頭部置于稠密床所處區(qū)域的出口處，該燃燒室頭部不具有在將溫度保持均勻并維持氣體一固體的攪動(dòng)而有利于連續(xù)化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)用該區(qū)域來把氣體一固體混合物的熱量傳遞給壁的循環(huán)床的主要特性(均勻的溫度、氣體上升的速率、固體物料的稠密度)。
另一美國專利US4，788，919提出將反應(yīng)器分成三個(gè)、二個(gè)或僅一個(gè)腔室;每一個(gè)腔室內(nèi)的體積構(gòu)成一個(gè)燃燒室頭部，正如所述的那樣，燃燒室頭部的截面可以為反應(yīng)器截面的四倍以上，因而此處的氣體速度也就不再是循環(huán)流化床反應(yīng)器的氣體速度。速度的減少可以把物料收集到稠密流化床中，該稠密流化床使上面的另一個(gè)或另兩個(gè)腔室中的物料稠密度大大降低，這就使循環(huán)流化床的工作只在下面的腔室中進(jìn)行，另外的腔室和它們的伸長部分用于收集其余少量物料并確保進(jìn)行補(bǔ)充冷卻，這就使該專利的反應(yīng)器被優(yōu)先考慮設(shè)計(jì)成具有單獨(dú)一個(gè)腔室的裝置，因而該專利也就可以歸并到類似于美國專利US4，594，967和歐洲專利EP0332360的裝置，即在循環(huán)流化床反應(yīng)器出口處設(shè)置有稠密床。在任何情況下，當(dāng)設(shè)計(jì)有若干腔室時(shí)，各腔室中維持的氣體速率均相同。
因此，這些專利均是對(duì)已知的類型的循環(huán)流化床的方法作的改進(jìn)，它們的缺陷上面已經(jīng)指出過。
這些方法的特征就在于減少由離心式鼓風(fēng)機(jī)或由分離器收集的固體物料，但并不能改變反映已知的稱作循環(huán)流化床的方法的稠密度和壓力特性分布。
本發(fā)明的目的就在于提供一種能使腔室中的氣體和破碎的物料之間進(jìn)行反應(yīng)的裝置，該裝置具有新的流化床結(jié)構(gòu)，它在反應(yīng)器中的固體顆粒的稠密度均勻性很高，并在能構(gòu)成燃燒區(qū)的下部中具有適當(dāng)?shù)墓腆w顆粒稠密度，在該下部中流化氣體的速度較大。
本發(fā)明的裝置的特征在于把反應(yīng)器分成三個(gè)具有矩形截面的區(qū)域
a)流態(tài)化氣體的平均上升速度很快的循環(huán)流化床的下部區(qū)域，在空負(fù)載和滿負(fù)載的情況下，氣體上升速度為4.8m/s-12m/s，該區(qū)域的高度應(yīng)使氣體在滿負(fù)載時(shí)能在該下部區(qū)域停留0.25-4秒鐘;
b)快速循環(huán)流化床的截面為S2的上部區(qū)域，在空負(fù)載和滿負(fù)載時(shí)上部區(qū)域中流態(tài)化氣體的上升速度V為4-10m/s，該速度與下部區(qū)域中的流態(tài)化氣體速度的比值為1/2-1/1.2，該區(qū)域的高度應(yīng)使流態(tài)化氣體在滿負(fù)載時(shí)能在該區(qū)域停留2-10秒，反應(yīng)器上部區(qū)域頂上的稠密度至少為2kg/m3;
c)稠密流化床區(qū)域，在空負(fù)載和滿負(fù)載時(shí)該區(qū)域中流態(tài)化氣體的上升速度為0.3m/s-2.5m/s，它靠近快速循環(huán)流化床下部區(qū)域的上部并用其隔板分開，這樣設(shè)置是為了同時(shí)接收沿至少一個(gè)壁從上部區(qū)域又下落的破碎的固體物料和來自靠近下部區(qū)域的上部的固體物料，本發(fā)明裝置的特征還在于它至少有一個(gè)將來自稠密流化床區(qū)域的破碎固體物料重新噴射到快速循環(huán)流化床下部區(qū)域的底部的設(shè)備，對(duì)來自稠密流化床區(qū)域的破碎的固體物料重新噴射的流量值大于q＝P·V·S2。
在該裝置中，沿著循環(huán)流化床(上部區(qū)域和下部區(qū)域)高度的壓力分布示于圖7中。根據(jù)該分布的所有點(diǎn)的斜率推導(dǎo)出的固體稠密度在稠密流化床的溢流口處彼此間具有不連續(xù)性區(qū)域，這也就是本裝置的特征。
由于這種結(jié)構(gòu)，我們可以獲得-在反應(yīng)器中的溫度更加均勻，同時(shí)減少了固體顆粒堆積的危險(xiǎn)性;
-在燃燒反應(yīng)器中，由于減少了一氧化碳和燃燒不完全的固體的形成，特別是對(duì)于難以燃燒的燃料，例如細(xì)碳和無煙煤，其燃燒效果得到了改善;
-因?yàn)闇p小了最小允許負(fù)載，所以反應(yīng)器的靈活性也就得到了改善，這就可以使?jié)M負(fù)載氣體速度和保持滿意流態(tài)化狀態(tài)所需要的最小速度間的比值增大。
本發(fā)明還在于上面限定的燃燒碳物料的裝置的使用。
下面結(jié)合附圖對(duì)作為例子的本發(fā)明的燃燒碳粉的裝置進(jìn)行描述。
圖1為已知形式的循環(huán)流化床反應(yīng)器中破碎的固體物料的流程圖;
圖2為本發(fā)明的具有循環(huán)流化床和中間稠密流化床的裝置;
圖3A和3B為沿兩個(gè)相互成直角的剖面來表示具有兩個(gè)在側(cè)面的稠密流化床的下部，圖3B為沿圖3A的中軸線ⅢB-ⅢB作的剖視圖;
圖4A和4B為沿兩個(gè)相互成直角的剖面來表示具有三個(gè)稠密流化床的反應(yīng)器的下部，圖4B為沿圖4A的中軸線ⅣB-ⅣB作的剖視圖;
圖5A和5B為沿兩個(gè)相互成直角的剖面來表示具有四個(gè)稠密流化床的反應(yīng)器的下部，圖5B為沿圖5A的中軸線ⅤB-ⅤB作的剖視圖;
圖6A、6B、6C表示反應(yīng)器稠密流化床中配置有一些熱交換面，圖6B和6C為沿圖6A的軸線ⅥB-ⅥB作的兩種不同結(jié)構(gòu)的剖視圖。
在表示傳統(tǒng)循環(huán)流化床工作的圖1中，反應(yīng)器1有一個(gè)截面逐漸增大的下部2和一個(gè)平行六面體的上部3。固體顆粒沿著箭頭5在流化柵格4的上部朝反應(yīng)器的頂部上升。這些顆粒趨向于朝著各壁分開，并再落到底部。然而，稍小的一些顆粒又按照渦流運(yùn)動(dòng)(就象6那樣的運(yùn)動(dòng))再返到頂部。其它一些顆?？拷诓⒀刂诎醇^7流到底部。
在圖2所示的本發(fā)明的裝置中，在截面逐漸增大的下部1中的柵格4的上方構(gòu)成了快速循環(huán)流化床。把由管道8來的一次流態(tài)化氣體噴射穿過該柵格，該一次氣體可以由燃料或含氧的煙氣與加入的空氣所組成。另外，把粉末燃料，例如將懸浮在空氣中的碳對(duì)準(zhǔn)該柵格的上部噴射。在連續(xù)的三個(gè)位置(10、11、12)把二次氣體噴射到反應(yīng)器的下部中，該二次氣體也是由空氣與燃料或含氧氣的煙氣組成，也可以是空氣與無燃料或無氧氣的煙氣組成的。空負(fù)載和滿負(fù)載時(shí)流態(tài)化氣體的速度可以在4.8m/s-12m/s之間變化，滿載時(shí)氣體的停留時(shí)間可在0.25-4秒之間變化。
噴入的二次氣體是為了減少下部區(qū)域1的底部的氣壓。
在該下部區(qū)域的上部，建立起第二個(gè)快速循環(huán)流化床，在它里面空負(fù)載和滿負(fù)載時(shí)流態(tài)化氣體的速度可以在4-10m/s之間變化，而氣體的停留時(shí)間為2-10秒。
用已知的方法，把反應(yīng)器頂部排放的含固體顆粒的煙氣送入分離的離心式鼓風(fēng)機(jī)1A中，消除了灰塵的煙氣從該鼓風(fēng)機(jī)中由管道1B排放出去，而經(jīng)分離的固體顆粒經(jīng)管道1C又重新循環(huán)到反應(yīng)器的底部。
此外，在末端橫截面為S1的燃燒區(qū)出口處有一個(gè)由剖面線表示的稠密流化床13，它由隔板13A與燃燒區(qū)分開，它處于流化柵格14的上方，由管道15引進(jìn)的輔助流態(tài)化氣體噴射穿過該柵格。空負(fù)載和滿負(fù)載時(shí)氣體在該稠密床中的速度可以在0.3m/s-2.5m/s之間變化。在大多數(shù)情況下，可能剩余在該稠密床中的燃料很少，這是因?yàn)樵摯参挥诳焖傺h(huán)床燃燒區(qū)的出口處，而且因?yàn)槭Ｓ囝w粒碳的含量已經(jīng)很少。當(dāng)該稠密床中燃燒得旺時(shí)，因?yàn)橛匈|(zhì)差的燃料，比如就可以用噴嘴在該稠密床的柵格下面噴射燃燒的煙氣，使該床中的含氧量達(dá)到最小，反之也可以在該區(qū)域中增加含氧量，使這里的燃燒增強(qiáng)，從而可在該床中產(chǎn)生管式熱交換器的作用。
根據(jù)本發(fā)明，這種床的高度最好比較低，通常少于1.5米。但是如果要想在里面安裝熱交換器，則其高度也可以增加到約3-4米。
這個(gè)稠密床的主要功能是收集一部分由稠密床上部的熱交換區(qū)域重新落下(箭頭7)的固體顆粒，并收集一部分由位于稠密床下方的反應(yīng)器下部升上去(箭頭16)的固體顆粒。對(duì)來自反應(yīng)器下部的顆粒的收集是由于固體顆粒進(jìn)入反應(yīng)器上部時(shí)氣體速度下降所致。然而值得注意的是在反應(yīng)器(除了在稠密床中)中沒有一處的氣體速度降到循環(huán)流化床的工作值之下，這正是與其他方法不同之處。
由稠密床收集的固體顆粒經(jīng)管道17引入到正好是在柵格14上方的反應(yīng)器底部。這些管道可以有在底部輸入流態(tài)化氣體的虹吸管。這樣，大量粒度很的固體顆粒就被帶到反應(yīng)器的底部，這些顆粒在此處決不會(huì)落到已知的裝置中去。因此，用這種方法能使固體顆粒在反應(yīng)器燃燒區(qū)的稠密度大大增加，尤其是在靠近稠密床的上部區(qū)域更是如此。另外，只是由于有了稠密床而改變了截面積，因此反應(yīng)器下部區(qū)域1中的氣體速度就高于稠密床上面的上部區(qū)域3中的氣體速率。
該速率的增加就自然使得反應(yīng)器下部區(qū)域中獲得更均勻的固體物料的稠密度，因此就確保了更好地燃燒。氣體在燃燒區(qū)域中所要求的速度值可以根據(jù)橫截面S1和S2的選擇而獲得。S1是燃燒區(qū)域在稠密床部位處的橫截面，S2是反應(yīng)器上部區(qū)域的橫截面，因此稠密流化床的橫截面就等于S2-S1。在管道17中進(jìn)行再循環(huán)的固體物料的流量也取決于這兩個(gè)橫截面的關(guān)系。這是因?yàn)槿紵齾^(qū)域中的速度越快，在該區(qū)域出口處的固體顆粒的流量也就越大，同時(shí)，因?yàn)橄侣涞匠砻艽采厦鎱^(qū)域的下部的固體物料的數(shù)量實(shí)際上也與橫截面S2有關(guān)，所以由稠密流化床收集的固體物料的流量也就越大。
因此，稠密床13的橫截面(S2-S1)的選擇也就是確定本發(fā)明裝置的反應(yīng)器尺寸中的一個(gè)重要因素，由于燃燒區(qū)域內(nèi)氣體速度和固體物料稠密度的增加，這在很大程度上使燃燒區(qū)域中獲得的稠密度相對(duì)于已知流化床中的稠密度來說均勻性得到了改善。
實(shí)際上，在碳粉燃燒裝置中，選擇截面比S2/S1為1.20-2時(shí)也會(huì)獲得極好的結(jié)果。
圖3A-3B表示具有兩個(gè)適當(dāng)高度的稠密流化床14A和14B的反應(yīng)器的底部，再循環(huán)管道17A和17B把這兩個(gè)流化床連到燃燒區(qū)的底部，該底部在流化柵格4的上部。作為例子，用17B表示重新噴射破碎的固體物料的管道，這種管道可以包括在底部輸入流態(tài)化氣體的虹吸管。當(dāng)差(S2-S1)等于這兩個(gè)稠密流化床橫截面的和時(shí)，就可以獲得更高的比值S2/S1。反應(yīng)器在靠近垂直于原來兩個(gè)側(cè)面的側(cè)面18、19處沒有稠密流化床，側(cè)面18、19是按照與圖3A的剖面相垂直的剖面(該剖面過中軸線ⅢB-ⅢB)所示的側(cè)面。
圖4A和4B表示有三個(gè)稠密流化床的反應(yīng)器的底部、兩個(gè)流化床14A和14B在圖4B的壁20、21的下部，而還有一個(gè)流化床14C在壁22的下部，該壁與前兩個(gè)壁垂直，它是沿著與圖4A的剖面相垂直的剖面(過該圖的ⅣB-ⅣB中軸線)所示的壁。
圖5A和5B表示有四個(gè)稠密流化床的反應(yīng)器的底部，兩個(gè)流化床14A和14B在壁20、21的下部，而另兩個(gè)流化床14C、14D在垂直壁22、23的下部。
圖6A表示稠密流化床中的熱交換面。熱交換管用蛇形換熱管26、27表示，它們分布在稠密床的幾乎整個(gè)高度上。
圖6B為圖6A稠密床中的熱交換器沿圖6A中軸線ⅥB-ⅥB的剖視圖看的不同的布置，這樣所述的熱交換器就占據(jù)了稠密床的大部分長度。
圖6B為圖6A稠密床中的熱交換器沿圖6A中軸線ⅥB-ⅥB的剖視圖看的第二種不同的布置，在這第二種不同的布置中，兩個(gè)稠密床均被分成三部分，它們的端頭部分均裝有熱交換器26、28及27、29，而中部30、31都沒有熱交換管。
將所有部分26、27、28、29、30、31均由再噴射設(shè)備17連到反應(yīng)器的底部，每一部分都有其再噴射設(shè)備，中部30和31沒有流量控制設(shè)備。
稠密床的組合件，例如圖3到圖5的稠密床的組合件在反應(yīng)器的最大負(fù)載下運(yùn)行，并參與冷卻。在中等負(fù)載時(shí)，可以用各種方式控制冷卻(停止或調(diào)節(jié)流化，控制再噴射到下部區(qū)域的下部中的固體流量)，使反應(yīng)器中的溫度保持在850℃左右的最佳溫度，從而確保最佳的脫硫能力。總之，當(dāng)反應(yīng)器的負(fù)載減少時(shí)，因?yàn)橛泻艽蟮睦鋮s面而使反應(yīng)器中的溫度降低。稠密床的每一個(gè)部分中的熱交換的調(diào)制或抑制可以使反應(yīng)器的冷卻降低，并使反應(yīng)器負(fù)載很大的地方中的燃燒溫度達(dá)到最佳，由此將脫硫率保持在很高值。
圖2主要指出，在兩種因素的作用下，即在固體物料又循環(huán)到反應(yīng)器底部及進(jìn)行燃燒的下部區(qū)域中速度的提高這兩個(gè)因素的作用下，本發(fā)明的裝置可以在其壁是由熱交換管組成的上部區(qū)域與燃燒下部區(qū)域之間保持分開(已知的循環(huán)流化床反應(yīng)器中不存在這種分開)，在熱交換管中可以選擇最佳的氣體速度，這樣可以獲得好的熱交換而不腐蝕熱交換管，在燃燒的下部區(qū)域中可以選擇較大的氣體速度，并在此處可以確保比已知循環(huán)流化床中更均勻的固體物料稠密度。例如，如果需要反應(yīng)器上部區(qū)域中的速度為6m/s，則該反應(yīng)器下部區(qū)域中的工作速度就為7.2m/s-12m/s。
雖然參照附圖描述的使氣體和破碎的固體物料間進(jìn)行反應(yīng)的裝置是針對(duì)由上部區(qū)域的壁對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行冷卻的碳物料的燃燒裝置，這里講的上部區(qū)域是由熱交換管制成或復(fù)蓋的，但是可以理解，本發(fā)明除了用于燃燒外還可以用于放熱反應(yīng)，也可以用于吸熱反應(yīng)，例如想要改善反應(yīng)器下部區(qū)域中的稠密度均勻性問題并在該區(qū)域中以快速(這種速度不包括在上部區(qū)域中)運(yùn)行時(shí)，則就可以焙燒氧化鋁。非常明顯，在吸熱反應(yīng)情況下，上部區(qū)域并沒有直接與物料相接觸的熱交換管。
權(quán)利要求
1.在腔中使至少一種氣體與至少一種破碎的固體物料間進(jìn)行放熱或吸熱反應(yīng)的裝置，該裝置至少有一輸入破碎的固體物料的設(shè)備(9)、至少一輸入流態(tài)化氣體的設(shè)備(8)，破碎的固體物料和流態(tài)化氣體分別引入的流量應(yīng)使它們能讓氣體和破碎的固體物料在反應(yīng)器中產(chǎn)生快速向上流動(dòng)，還有一些能將到達(dá)反應(yīng)器頂部的反應(yīng)氣體和破碎的固體物料的混合物輸送到分離機(jī)構(gòu)(1A)的設(shè)備、將反應(yīng)引起的氣體排放的設(shè)備(1B)以及將來自分離機(jī)構(gòu)的破碎的固體物料再循環(huán)到反應(yīng)器底部的設(shè)備(1C)，其特征在于把反應(yīng)器分成三個(gè)截面為矩形的區(qū)域a)流態(tài)化氣體的平均上升速度很快的循環(huán)流化床的下部區(qū)域，在空負(fù)載和滿負(fù)載的情況下，氣體的平均上升速度為4.8m/s-12m/s，該區(qū)域的高度應(yīng)使氣體在滿負(fù)載時(shí)能在該下部區(qū)域中停留0.25-4秒鐘；b)快速循環(huán)流化床的截面為S2的上部區(qū)域，在空負(fù)載和滿負(fù)載時(shí)，上部區(qū)域中流態(tài)化氣體的上升速度V為4-10m/s，該速度與下部區(qū)域中的流態(tài)化氣體速度之比為1/2-1/1.2，該區(qū)域的高度應(yīng)使流態(tài)化氣體在滿負(fù)載時(shí)能在該區(qū)域中停留2-10秒，反應(yīng)器上部區(qū)域頂上的稠密度P至少為2kg/m3。c)稠密流化床區(qū)域，在空負(fù)載和滿負(fù)載時(shí)該區(qū)域中流態(tài)化氣體的上升速度為0.3m/s-2.5m/s，它靠近快速循環(huán)流化床下部區(qū)域的上部，并且用其隔板分開，這樣設(shè)置是為了同時(shí)接收沿至少一個(gè)壁從上部區(qū)域重新落下的破碎的固體物料和來自靠近下部區(qū)域的上部的固體物料；它還包括至少一個(gè)將來自稠密流化床區(qū)域的破碎的固體物料重新噴向快速循環(huán)流化床下部區(qū)域的底部的設(shè)備(17)，對(duì)來自稠密流化床區(qū)域的破碎的固體物料重新噴射的流量大于值q=P·V·S2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于上部區(qū)域的橫截面與下部區(qū)域在稠密流化床部位處的橫截面之比S2/S1為1.20-2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的裝置，其特征在于它有若干裝在大致相同高度上的稠密流化床(14A、14B、14C、14D)，它們最好繞中心區(qū)垂直地分布布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的裝置，其特征在于它在一個(gè)或多個(gè)稠密流化床中有蒸發(fā)和/或加熱流體的熱交換部件(26、27、28、29)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的裝置，其特征在于它具有按調(diào)節(jié)比例把破碎的固體物料從一個(gè)或多個(gè)稠密流化床區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域進(jìn)行排放的設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于具有由至少一個(gè)稠密流化床的至少一部分的流化指令來調(diào)節(jié)反應(yīng)器溫度的設(shè)備。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的裝置，其特征在于它在快速循環(huán)流化床上部區(qū)域的壁中包括蒸發(fā)和/或加熱流體的熱交換裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的裝置，其特征在于它在快速循環(huán)流化床下部區(qū)域下方的柵格下有流態(tài)化氣體的噴嘴，并在該下部區(qū)域的不同高度上有氣體噴嘴(11、12、13)。
9.權(quán)利要求1-8之一所述的裝置用于碳物料的燃燒。
全文摘要
一種在腔室中使氣體和破碎的固體物料間進(jìn)行反應(yīng)的裝置，它的反應(yīng)器包括快速循環(huán)流化床的下部區(qū)域、緊靠下部區(qū)域的下部并由隔板與下部區(qū)域分開的稠密流化床區(qū)域，該床接收落到其上層和下層的固體物料，并將這些物料再送到下部區(qū)域，還包括快速循環(huán)流化床的上部區(qū)域。這種裝置用于鍋爐。
文檔編號(hào)F22B31/00GK1056443SQ9110323
公開日1991年11月27日 申請(qǐng)日期1991年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1990年4月20日
發(fā)明者瓊·維達(dá)爾, 菲里蒲·帕音, 瓊-克勞德·西蒙達(dá)德, 瓊-澤維爾·莫林 申請(qǐng)人:斯坦工業(yè)公司