[发明专利]循环流化床反应器系统的运行方法和运行装置

说明书

本发明涉及一种新颖的、用于循环流化床系统的运行方法和运行装置。

循环流化床(CFB)系统，例如CFB燃烧器包括一个内部具有一个快速的颗粒流化床的燃烧室。一个颗粒分离器连通到在燃烧室较上部分的一个排放开放，用以从自燃烧室排放的烟道气体和所夹带的固体材料的悬浮物中分离出固体颗粒。一条或几条返回通道连接在颗粒分离器和燃烧室的较下部分之间，用以使从颗粒分离器分离的固体颗粒再循环进入燃烧室。一个气体出口配置在颗粒分离器中用以排放烟道气体。

一般使用旋风分离器作为颗粒分离器。一个浸入管式返回管道使从旋风分离器分离出的颗粒再循环进入燃烧室的较下部分。一个环形密封件配置在返回管道中，以防止从燃烧室流出的气体经管道返回到旋风分离器中。

循环流化床反应器用于各种不同的燃烧工作过程中。不同的床物料被流化并在该系统中循环与工作过程有关。在燃烧过程中，颗粒状燃料例如煤、焦碳、褐煤、木头、废料或泥煤以及其它粒状物质例如砂、灰分、硫吸附物、催化剂或金属氧化物可以构成流化床。在燃烧室中的速度一般范围为3.5～10米/秒，但实际上可以更高。

一般情况下，借助于在燃烧室内的传热表面和位于颗粒分离器之后的气体通道之中的对流部分的传热表面可从流化床燃烧过程中回收热量。燃烧室的周壁一般由隔壁构成，在隔壁中通过一些翅片将若干竖直管道组合在一起，以便形成散热表面。    

例如为了使蒸汽过热必须将过热器之类的附加传热表面配置在燃烧室的较上部分。

在燃烧室中的高温和高流速的环境条件下，腐蚀和磨损可能带来很多问题。传热表面必须由耐热材料构成，该表面通常用某些耐磨损材料或必须采用某些特殊结构来保护。这类传热表面非常重且价格昂贵，耐热材料很昂贵。当燃烧的燃料包含气态氯和碱性成分时，尤其在蒸汽/水温达400℃～500℃时会腐蚀在燃烧室的气体空间中的传热表面。

在低的负载条件下，要想获得满意的过热蒸汽可能也是困难的。燃烧室出口气温随负载降低而降低，在对流部分的过热器不具有能实现预期效果的足够的容量。而在燃烧室内部配置附加过热器既增加了成本，又增加了锅炉控制的难度。

人们更需要找出一种新的方法来在系统中附加传热表面而不增加燃烧室的尺寸，特别是在带压力的应用场合下。在带压的场合下，不太希望在燃烧室中附加传热表面，因为这将增加燃烧器的尺寸，将导致压力容器尺寸增加并使成本急剧增加。

已经有人建议，使用外部热交换器(EHE)以便提高过热量。在EHE过热器中配置一个带热循环固体物料的分离式流化床反应器，上述固体物料从颗粒分离器引入EHE中。假如外部热交换器是一种非冷却的结构，那些所建议的外部热交换器将是庞大、昂贵而沉重的，并且控制困难。因而需要一种更简单且不那么昂贵的解决方案。

还有人建议(参阅美国专利US4716856)将传热表面包含在循环流化床反应器的再循环系统中。传热表面要配置在固体循环物料的流化床中，该固体循环物料汇集在一个形成在返回通道底部部分的热交换器室中。因此，循环固体物料将提供例如用于过热所需的附加热量，而无需配置分离的外部热交换器。返回通道中的一个环形密封实现在燃烧室和颗粒分离器之间所需的气密封。固体物料通过溢流从返回通道重新引入燃烧室。

然而，在再循环系统中对传热的控制还没有得到满意的解决。有人曾建议利用流化气体来控制传热，然而，流化气体还要用于使固体材料通过溢流方式从再循环系统重新引入燃烧室。因此，不可能在不同的负载下利用流化气体分别控制传热或固体物料循环。    

利用所建议的溢流方式使固体材料重新引入燃烧室要保持在热交换器室中的恒定床的水平高程，并防止作为系统的一个明确限定条件的床高发生变化。为了能够控制床的气密封效能和床中的传热，在很多应用场合下希望能控制床的高度。

此外，由于溢流固体物料，使固体物料的混合效率较低，因此在热交换器室中所达到的传热效率较低。引入到床的表面上的固体物料仅仅部分地混合到床内部。没有混合到床内的物料直接经过溢流开孔排放，没有将热传到床或传热表面上。

此外，由于溢流，大而重的颗粒更易于趋于落入床内而减少在床内的有效循环，即它们趋于积累在热交换器室的底部而没有重新进入燃烧室。在传热、流化以及在返回通道中的固体物料流动方面，大颗粒带来很多问题并且引起磨损。

本发明的一个目的是提供一种循环流化床系统的运行方法和运行装置，其中上述缺点可减到最小。