[发明专利]流化床以及流化方法

说明书

技术领域

本发明涉及流化床端口、流化床、以及流化方法。另一方面，本发明涉及流化床反应器以及气化的方法。在另一方面，本发明还涉及煤流化床气化以及煤气化的方法。

背景技术

流化通常被定义为一种通过使颗粒细小的固体与气体或液体接触而使之转化成流体样状态(fluid-like state)的操作。由于微细颗粒高的表面积体积比，流化床具有高热以及高传质系数是人们所公知的。流化床广泛用于各种类型的工业过程中，诸如反应、干燥、混合、造粒、涂覆以及冷却。

在许多工业应用中，流化床由装有颗粒状物质的垂直向柱体构成，流体(气体或液体)通过位于床体底部的分布器向上泵入。当流动的流体的曳力超过重力时，颗粒被提升并且发生流化。

在反应过程中，流化床使固体燃料悬浮于向上吹空气的喷嘴之上。结果产生一种气体和固体的湍流混合物。这种非常类似于鼓泡流体(bubbling fluid)的翻转作用(tumbling action)提供了更有效的化学反应和热传导。

流化床技术用于煤气化中。有很多专利申请涉及流化床和/或煤气化。

在Jequier等人的美国专利第2,906,608号，以及Mattews等人的美国专利第3,935,825号中，披露了一种煤气化反应器，其中将成团的煤灰分从盛装精细分离的煤的流化床反应器中排出，而不会除去精细分离的煤颗粒。这些专利并入本文作为参考。

在参考类型的煤向气的转化过程中，流化床设置了容器。气体分布格栅通常置于该容器中并界定了流化床的底部表面。该格栅的中心部分可以是圆柱或圆锥形，并包含通道。在该通道的底部，安装了一个具有固定开口的紧缩件(颈缩件，constriction)，该开口界定了具有固定喉管尺寸的文丘里管，从而使气流以均匀向上的速度进入室内并从而进入流化床。通过文丘里管或通道将高速气体流引入到反应室中引起室中的灰分颗粒结块并最终通过通道和文丘里管喉管排出。

于1977年5月17日授权的Schora等人的美国专利第4,023,280号中披露了一种将物质留在容器中的流化床，其通过文丘里管孔口或通道接收高速气流，从而促使灰分颗粒成团。这些颗粒由文丘里管孔口逆流向上，在通道中形成半固定床。该半固定床的具体尺寸部分取决于文丘里管的孔口尺寸。界定孔口的光圈隔膜阀(irisvalve)可调整孔口的横截面积，从而通过文丘里管控制气流的速度。

于1984年3月6日授权的Vorres的美国专利第4,435,364号中披露了一种用于将例如灰分的成团固体从精细分离地固体烃类物质(例如煤)的流化床中排出的设备。团聚作用受到流化床环境中的烃类物质的无机组分之间的高温反应的影响。文丘里管被用作将成团的固体从流化床中排出的通道。将螺旋地下降或以其他方式下降的凸起(ridge)设置于文丘里管的紧缩的柱状开口的内表面上，以使得成团的排出物具有不同的以及增加的速率，从而改善了固体物质的分离和分级。

于1984年6月12日授权的Strohmeyer，Jr.的美国专利第4,453,495号披露了对于蒸汽发生器循环流化床燃烧系统的整体控制。该系统包括用于具有循环流化床燃烧系统的蒸汽发生器的整体控制装置，并且尤其是在部分加载的情况下，在该循环流化床燃烧系统中，气体再循环装置用于补充燃烧空气流，以保持循环回路中的气体流速足以夹带(entrain)颗粒并维持所需的颗粒质量流率，从而将炉气温度限定在1550F的预定值，并且其中气体再循环质量流在蒸汽发生器流体热吸附回路的各个部分之间分配来自气体以及再循环颗粒的热传递，以并列的方式选择性地控制气体及循环颗粒质量流速，从而在流体热吸附回路之间，彼此最佳地补充热传递的分配，同时将炉气温度保持在预设点。

于1984年6月19日授权的Strohmeyer，Jr.的美国专利第4,454,838号披露了一种密实型热交换器，其用于具有循环流化床燃烧系统的蒸汽发生器，由此在炉气流中产生具有夹带有燃料和惰性物质的固体颗粒的床。提供了在炉的下游收集高温床固体颗粒的装置。密实型热交换器将收集到的热颗粒经过热传递表面向下引流，该表面是蒸汽发生器流体回路的一部分。以重力的方式引导流动。随着流体对压实的固体物质的冷却，流体热交换回路周围的固体颗粒的致密压实产生了高的热传递速率。设置热交换表面有助于使固体颗粒流过热交换器。