[其他]兩級循環流化床反應堆和操作它運行的方法

無效

• 申請號: 87103862
• 申請日: 1987-05-29
• 公開（公告）號: CN87103862A
• 公開（公告）日: 1988-05-04
• 發明（設計）人: 雅各布·科倫搏格
• 申請（專利權）人: 唐力技術公司
• 主分類號: F23C11/02
• 分類號: F23C11/02;F23C6/04
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 劉文志

本發明涉及一種改進的循環（即穩定）流化床反應堆，這種流化床反應堆具有兩級，即一個循環流化床反應級和一個位于流化床下游的旋流反應級。本發明還涉及一種操作此反應堆運行的方法。尤其是，本發明涉及一種兩級循環流化床反應堆，其中流化床反應室和旋流反應容器的尺寸被顯著地減小了。

本發明具有特殊的應用，尤其是可應用到絕熱流化床燃燒器、流化床鍋爐和壓縮熱空氣發生器。在此以及在所屬的權利要求中，“絕熱燃燒器”表示一種不含內部冷卻裝置的流化床燃燒器;而“鍋爐”表示一種含有內部熱吸收裝置的流化床燃燒器，它可采取鍋爐、過熱器、蒸發器和/或節熱器熱交換表面的形式。絕熱流化床燃燒器的溫度通常是利用超出燃燒所需的化學計算量的壓縮空氣來控制的。另一方面，流化床鍋爐需要非常少的過量空氣，因此熱吸收裝置需設在流化床中。相反，流化床氣化器利用少于化學計算量的空氣。

固體顆粒的流化床中的流態化狀態主要取決于顆粒的直徑和流化氣體的速度。當流化氣體以大于最小流化速度的較低的速度吹入時，顆粒的床處于“沸騰”狀態。歷來，術語“流化床”表示在沸騰狀態中的運行。這種流態化模型一般的特征是：較為致密的料床具有一本質特殊的上床表面，使得煙道氣中輸送或攜帶的料床顆粒（固體顆粒）較少，因此一般不需要對固體顆粒進行再循環。當流化氣體以大于流化狀態的較高速度吹入時，料床的上表面逐漸擴散而且攜帶的固體顆粒增加，因此為了保持料床中恒定的固體顆粒裝載量，就有必要利用顆粒分離器（如旋風分離器）對固體顆粒進行再循環。

固體顆粒攜帶量取決于流化氣體的速度和高于產生攜帶的料床的距離。如果這個距離高于傳送分離高度，則攜帶量保持恒定水平，似乎流化氣體處于固體顆粒的飽和狀態。

如果流化氣體速度增加到高于沸騰狀態，那么料床就進入了“擾動”狀態，并最終進入“穩定”即“循環”狀態。如果在料床中保持一給定的固體顆粒裝載量，并且將流化氣體剛好增加到超過流化狀態的速度，則料床的密度大幅度急驟下降。顯然，如果要在料床中保持恒定的固體顆粒裝載量，則固體顆粒的再循環或返回必須等于“飽和”狀態下的攜帶量。

當流化氣體的速度低于上述使料床的密度急驟下降的速度時，固體顆粒以大大超過“飽和”攜帶量的速率返回到流化床，這對料床密度的影響并不顯著。以超過飽和攜帶量的速率加到處于沸騰或擾動狀態的流化床上的附加的固體顆粒將易于使包含有流化床的容器被連續地填高。而流化密度將基本保持恒定。然而當流化氣體達到循環狀態所需的較高速度時，流化密度變成一個標定的固體顆粒再循環率的函數。

循環流化床能使得高速流化氣體和大量的固體顆粒表面在每一單位料床體積中都彼此緊密地接觸。此外，在循環流化床中，差速（即固體顆粒-流化氣體的相對速度）比普通流化床要高。因此在從循環流化床燃燒器中排出的燃燒氣體中，通常具有非常高的顆粒載量。在循環流化床燃燒器中發生的燃燒過程也通常較傳統的流化床燃燒器要劇烈，并且具有較高的燃燒率。另外，在循環流化床中高的固體顆粒再循環率的結果是，溫度實質上在遍及這種燃燒器的整個高度上都是均勻的。

傳統的循環流化床燃燒器工作時，氣體表面速度高于流化床中等顆粒的臨界速度的許多倍。因此，在排出燃燒器并進入下游旋風顆粒分離器的燃燒生成氣中，具有非常高的顆粒載量。這種傳統的旋風顆粒分離器的高度通常大約為其直徑的三倍，因此，為從循環流化床燃燒器中去除所夾帶的固體顆粒而被設計成具有大直徑的分離器，通常相當高并相當笨重。這種大的耐高溫的錐形旋風顆粒分離器占了傳統的循環流化床燃燒系統的總費用的很大一部分。

如上所述，雖然傳統的循環流化床反應堆具有許多優點，但是要制造并維持這種為保持床處于流化狀態而需要以所需的速率再循環所夾帶的固體顆粒的極大的旋風顆粒（氣體-固體顆粒）分離器，就對廣泛商業性使用這種反應堆構成了嚴重的經濟障礙。

已經知道先有技術的循環流化床燃燒鍋爐，在燃燒器的夾帶區（即平行于流動）中采用了垂直的熱交換襯管壁。這種燃燒器主要依靠通常載有大量固體顆粒的氣體傳遞熱量，并需要一個非常大的內部容積以容納所需的大的熱交換表面。