[发明专利]具有炉汽提－空气系统的流化床反应器及其操作方法

说明书

本发明所涉及的是流化床反应器及其操作方法。更确切地说，本发明所涉及的是一种利用汽提—空气系统的流化床反应器，用来减少从反应器炉区排出的废弃的固体的热含量并除去其中的较细的颗粒材料，同时使反应器的燃烧效率得到提高。

利用流化床作为主要的热源的反应器，如燃烧器、蒸汽发生器等，是人们所熟知的。在这些反应器设施中，空气通过反应器的炉区并通过反应器中所包含的颗粒材料床层，其中包括矿物燃料如煤与吸附剂如石灰石的混合物，煤燃烧产生的硫吸附于石灰石中。空气使床层流化并促进燃料的燃烧。

为了改进流化床反应器的污染特性，已知的方法是通过控制流化床反应器中不同区域内的氧量，来使燃料的燃烧分阶段进行。一般来说，使流化床的较低部位中的燃料在超过化学计量条件下燃烧，以减少氮的氧化物的排放。较高的部位则按富氧操作或在氧化条件下操作，以燃料的安全燃烧。

流化床的每一部位中都含有燃料颗粒和吸附剂颗粒的均匀的混合物，其中燃料颗粒一部分未被燃烧，一部分部分燃烧，一部分完全燃烧；同时，吸附剂颗粒一部分未曾反应，一部分部分反应，一部分完全反应。系统内的颗粒材料必须有效地排出，以便引入新鲜的燃料和吸附剂。从这一方面来看，一般有一部分的颗粒材料经由床层的较低部位再通过一个排出管脱离反应器系统。

已经发现，可以通过将已脱除的这部分颗粒材料循环返回炉区来有效地控制流化床内的颗粒大小分布，而颗粒大小分布是一项重要的操作参数。常用的方法是将空气鼓风吹入已脱除的颗粒材料中，汽提并收集颗粒材料中的细粉部分，并使之返回炉区。

例如，在一项转让给本发明的受让人的专利U.S.P.4829912中(在此列为参比技术)，公开了流化床反应器中颗粒大小分布的控制方法。其中，从炉区脱除的颗粒材料，其中较细的部分与较大的固体颗粒经汽提分离，通过空气喷嘴收集，再循环返回炉区。未汽提且不循环的送入炉灰处理系统与反应器系统脱离。但是，由于这部分不循环的颗粒材料的温度超过了常用的炉灰处理系统的设计温度，因而在进入炉灰处理系统之前须先经冷却。在这些类型的设施中，不循环颗粒材料所含的热量可以作生产性应用，如预热支持燃烧的气体，或用于再热或过热等任务。

设置在反应器炉区附近的汽提器/冷却器，即能使已脱除的颗粒材料中的细粉循环，又能使已脱除的但不循环的颗粒材料冷却。在这些类型的设施中，汽提器/冷却器中第一部分的汽提器经过排出管从流化床较低部位收集颗粒材料。空气吹过汽提器部分以汽提或收集颗粒材料中的部分细粉，这部分细粉再返回到炉区。所剩留的颗粒材料通常再通过汽提器/冷却器中第二部分的冷却器，除去热量的方法可以是用水或蒸汽与颗粒材料进行热交换，也可以是吹入空气，然后排放到炉灰处理系统。

上述的汽提器/冷却器系统并非没有缺点。例如，由于流化床的较低部位通常都维持在低于化学计量的条件下，从反应器炉区脱除的颗粒材料中相当部分是未燃烧的燃料。由于脱除的未燃烧的颗粒材料颗粒尺寸较大不能循环返回流化床，反应器系统不能达到最佳的燃烧效率。未燃烧的颗粒材料经过炉灰处理系统被排放。

不仅如此，颗粒材料从炉区脱除时还带走了热量，减少了炉内可利用的热量，同时还需要冷却系统使之冷却以便于炉灰处理系统的操作，此外，将汽提的颗粒材料返回炉区还需要导管系统。

因此，本发明的目的是提供一种能改进燃烧效率的流化床反应器及方法。

本发明进一步的目的是提供一种上述类型的流化床反应器及方法，其能够减少从反应器炉区脱除的颗粒材料的热含量。

本发明更进一步的目的是提供一种上述类型的流化床反应器及方法，其中一部分炉区中的化学计量关系能独立于炉区的其余部分进行控制。

本发明再进一步的目的是缩小用于从流化床反应器接受颗粒材料的汽提器/冷却器的规模。

为了实现上述这些目的及其它目的，本发明的反应器和方法为进入流化床通常排入汽提器/冷却器或炉灰处理系统的部分的空气流的增加提供了面积。空气流的增加是通过气室的分隔来实现的，气室使床层流化并增加进入床层排出部分的流化空气的体积流速。或者，可以扩大在排出部分的将流化空气从气室送往床层的空气分配器喷嘴，以减少气流阻力而增加空气流。