專利名稱：具有一次顆粒分離并返回功能的循環(huán)流化床反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總地涉及具有碰撞式顆粒分離器的循環(huán)流化床(CFB)反應器或燃燒室，尤其涉及一種具有一內部碰撞式一次顆粒分離器并無需外部的和內部的循環(huán)管道就能使收集到的所有一次固體顆粒在內部返回到反應器或燃燒室的底部以便進行隨后的再循環(huán)的CFB反應器或燃燒室結構。
背景技術：
利用碰撞式顆粒分離器去除氣體中攜帶的固體物質已為公眾所知。Weisgerber的2,083,764號美國專利、How的2,163,600號美國專利、Van Dyken等人的3,759,014號美國專利、Gamble等人的4,253,425號美國專利以及Fore的4,717,404美國專利都已示出了這種顆粒分離器的典型例子。
CHB反應器或燃燒室的顆粒分離器可分類為外部式的和內部式的。外部式顆粒分離器設在反應器或燃燒室墻殼的外面，比如見Reh等人的4,165,717號美國專利、Stromberg的4,538,549號美國專利、Holmes等人的4,640,201號及4,679,511號美國專利、Engstrom等人的4,672,918號美國專利以及Morin的4,683,840號美國專利。內部式顆粒分離器設在反應器或燃燒器室墻殼的里面，比如見Van Gasselt等人的4,532,871號和4,589,352號美國專利、Engstrom的4,699,068號、4,708,092號和4,732,113號美國專利以及Thornblad的4,730,563號美國專利。
后面這些內部式分離器或包括跨越整個難以清除積塞物并難以支承的緣高空間的擋板，或包括與外部式顆粒分離器非常相似的內部擋板和溜槽結構。


圖1至4示出用于生產工業(yè)生產過程和/或發(fā)電所需的蒸汽的已有CFB鍋爐系統(tǒng)的示意圖。燃料和吸附劑供到殼墻2內的爐膛1的底部，殼墻2通常是流體冷卻的排管。用于燃燒和流態(tài)化的空氣3供給一風箱4，然后通過分配板5上的許多孔進入爐膛1。煙氣和其中所帶的固體顆粒6向上流經爐膛1，同時向殼墻2釋放熱量。在大多數結構中，通過過熱空氣供應管道7向爐膛1供給附加的空氣。
已知有幾種顆粒分離和返回到爐膛1的變化形式。圖1的系統(tǒng)有一個外部旋風式一次分離器8、一個回形密封件9和在下文將說明的可任選的二次收集器。圖2-4的系統(tǒng)典型地提供了兩級顆粒分離。圖2有一個第一級外部碰撞式顆粒收集器10、顆粒積存斗11和L形閥12；圖3和4采用爐內碰撞式顆粒分離器或稱槽形梁13和外部碰撞式顆粒分離器或稱槽形梁14。爐內的槽形梁把它們收集的顆粒直接送回到爐膛1，而外部的槽形梁把它們收集的顆粒通過顆粒積存斗11和L形閥12送回到爐膛，兩者可總稱為顆粒返回系統(tǒng)15。一吹氣口16供給用以控制固體顆粒通過L形閥12的流量的空氣。
煙氣和固體顆粒6進入有對流加熱表面18的對流通道17。需要時，對流加熱表面18可以是蒸發(fā)器、經濟器或過熱器。
在圖1的系統(tǒng)中，空氣加熱器19進一步從煙氣和固體顆粒6中吸取熱量；需要時，從外部一次旋風式分離器8逸散的固體顆?？捎啥问占?0或集塵袋21收集起來以便再進行循環(huán)22、23或清除。圖2至4中的系統(tǒng)需要時典型地使用一個多管旋風除塵器24以便再進行循環(huán)25或清除，而空氣加熱器26和除塵袋27也可分別用來吸取熱量和收集灰渣。
在CFB反應器中，起反應的和不起反應的固體顆粒由向上的氣流帶進反應器墻殼內，氣流把固體顆粒帶到位于反應器上部的出口，在那兒，固體顆粒由內部的和/或外部的顆粒分離器分離出來。收集到的固體顆粒通常通過內部的或外部的管道返回至反應器的底部。由于反應器底部與顆粒分離器排出口之間存在很大的壓差，需要用一壓力密封件(一般用一回形密封件或L形閥)作為返回管道的一部分。在反應器出口處的分離器也稱作一次分離器能收集到大部分流動的固體顆粒(一般從95％到99.5％)。在許多情況下，由于一次分離器還不夠有效，用一附加(二次)顆粒分離器和與之相關連的再循環(huán)裝置使流動的固體顆粒的流失降為最小。
Belin等人的4,992,085號美國專利揭示了上述本專利申請的圖3和4所示的內部碰撞式顆粒分離器。它包括多個支承在爐殼內、至少是兩列垂向延伸過爐子出口的凹形碰撞構件，收集的顆粒沿殼墻沒有障礙地沒有管道地落到收集構件的下面。已證實這種分離器在提高CFB燒器內的平均密度方面是有效的，而又不會增加外面收集和再循環(huán)的固體顆粒的流動。既能做到這一點，同時還使分離器結構布置簡化，沒有堵塞，以及爐膛出口處氣流均勻。后一效果對于防止殼墻和管屏之類的爐內加熱表面由高速氣體-固體顆粒流的沖撞所引起的局部侵蝕是很重要的。
在這一已有實施例中，具有兩列沖撞構件的內部碰撞式顆粒分離器一般與一設在下游的外部分離器收集的一起使用，外部的分離器收集的固體顆粒從其內通過一外部管道返回到爐膛。由于一般由兩列沖撞構件組成的內部碰撞式顆粒分離器的效率不是很高，為了防止過多的固體顆粒帶到下游的對流氣道而引起對流表面的侵蝕及二次顆粒收集/再循環(huán)裝置所需容量的增加，需要有外部碰撞式分離器和與之關連的諸如顆粒積存斗和L形閥的顆粒返回裝置。
當把沖撞構件的數量從兩列增到加四列或五列時，碰撞式顆粒分離器的效率就會提高，這是眾所周知的。Belin等人的4,891,052號美國專利揭示了內部碰撞式顆粒分離器的一種布置。然而，4,891,052號美國專利的內部碰撞式顆粒分離器的效率不可能通過簡單地增加沖撞構件的列數來提高，原因是a)由于向上的氣體速度在爐膛中心方向急劇增加，氣體把排出的固體顆粒重新帶入的量較大，和b)增加了流過沖撞構件的排出區(qū)域的旁通氣流。
很顯然，CFB反應器或燃燒室由于采用一種能提供完全是內部的一次顆粒分離和返回的結構從而省去了對任何外部的顆粒返回裝置的需要而可以做到結構更簡單，成本更低。
發(fā)明提要本發(fā)明的主要目的是提供這樣一種CFB反應器或燃燒室，它有一個設在反應器墻殼內的內部碰撞式一次顆粒分離器和把所有一次收集的固體顆粒返回到反應器或燃燒室底部、以便其進行隨后的再循環(huán)的內部返回裝置，而無需外部的和內部的再循環(huán)管道。
因此，本發(fā)明的一個方面是要形成一循環(huán)流化床反應器。提供一反應器墻殼，其部分地由各面殼墻構成，并有一底部、一上部和一位于上部排出口處的出口。一個一次碰撞式顆粒分離器支承在反應器墻殼的上部內，用以收集在反應器墻殼內從底部向上部流動的氣體中攜帶的顆粒，使它們落向反應器的底部。有空腔機構與一次碰撞式顆粒分離器相連并完全位于反應器墻殼內，用以接收一次碰撞式顆粒分離器收集到而向下落的顆粒。最后，提供有與空腔機構相連并完全處于反應器墻殼內的返回裝置，用于使顆料在內部從空腔機構直接返回到反應器墻殼內，以使顆料無障礙地不用管道地沿殼墻自由地落到反應器的底部，以便進行隨后的再循環(huán)。
用這種結構，可獲得理想的氣體/固體顆粒混合物在爐內的流動密度，從而提高爐子的傳熱速率，改善碳轉化的效率和吸附劑的利用率。這些效果都能達到，同時又省去了以前所需的外部一次顆料再循環(huán)系統(tǒng)(顆料積存斗、L形閥和相關的控制元件)的大量資金花費。這樣，可節(jié)省CFB反應器的結構鋼和其它相關部件，可還節(jié)省CFB反應器所需的廠房面積和體積。
本發(fā)明的各種新穎特征詳細地指出于所附的并構成該公開的一部分的權利要求中。為了更好地理解本發(fā)明，其使用時的工作優(yōu)點和可獲得的具體效益，下面結合附圖描述本發(fā)明的幾個較佳實施例。
附圖簡要說明圖1是一已知的裝有一個帶一回形密封件的外部旋風式一次顆粒分離器的循環(huán)流化床(CFB)鍋爐系統(tǒng)的示意圖；圖2是一已知的具有一外部碰撞式一次顆粒分離器、一非機械式L形閥和一個二次(多管旋風)顆粒分離器的CFB鍋爐系統(tǒng)的示意圖；圖3是一已知的具有內部的和外部的兩種碰撞式一次顆粒分離器、一非機械式L形閥和一個二次(多管旋風)顆粒分離器的CFB鍋爐系統(tǒng)的示意圖；圖4是類似于圖3所示的一種CFB鍋爐結構的示意圖；圖5是裝有本發(fā)明之一個實施例的燃燒室或反應器墻殼的CFB鍋爐的側視示意圖；圖6、7和8分別是本發(fā)明的其它實施例的CFB反應器的上部的側視示意圖；圖9和10是圖8之實施例的局部放大示意圖，圖10取自圖9的A向；圖11、12和13是本發(fā)明的另幾個實施例的示意圖，圖12取自圖11的A向，圖13是圖11的俯視圖；圖14、15和16是本發(fā)明的再幾個實施例的示意圖，圖15取自圖14的I-I截面，圖16是圖14的平面圖；圖17和18是本發(fā)明的再一個實施例的示意圖，圖18取自圖17的A向；圖19和20是本發(fā)明再一個實施例的示意圖，圖20取自圖19的A向；以及圖21和22是本發(fā)明的再一個實施例的示意圖，圖22取自圖21的A向。
較佳實施例的描述如在此所用的，術語CFB燃燒室是指其中發(fā)生燃燒過程的那一類CFB反應器。雖然本發(fā)明主要是針對采用CFB燃燒室作為產生熱量的裝置的鍋爐或蒸汽發(fā)生器，但是，應能理解，本發(fā)明可以很容易地用在一種不同的CFB反應器中。例如，本發(fā)明可應用在用于化學反應而不是燃煤過程的反應器中，或者應用于將來自于在其它地方發(fā)生的燃燒過程的氣體/固體顆粒混合物供給該反應器以進行進一步處理的場合，或者應用于這樣的場合，即該反應器僅提供一個外殼，其中固體顆粒由一種氣體攜帶，而該氣體不一定是一燃燒過程的副產品。
參閱各附圖，在所有各圖中相同的編號代表相同的元部件，尤其參閱圖5，其示出了采用本發(fā)明之第一實施例的循環(huán)流化床(CFB)鍋爐30。在下面的說明中，CFB鍋爐30或反應器墻殼32的前面是在圖5的左側，而CFB鍋爐30或反應器墻殼32的后面是在圖5的右側，CFB鍋爐30或反應器墻殼32的寬度垂直于圖5所在的紙面；其他各附圖若無另外說明都遵循與此相同的約定。
CFB鍋爐30有一個其截面一般為矩形的爐膛或反應器墻殼32，它的一部分由流體冷卻的殼墻34構成。殼墻一般是由鋼隔板相互連接起來的許多管子而形成的一個氣密的墻殼32。反應器墻殼32進一步由底部36、上部38和一位于上部38的排出口處的出口40構成。圖中用42表示的比如煤的燃料和比如石灰石的吸附劑通過本技術領域的人員所知道的任何已有技術裝置以有規(guī)律且計量的形式供應到底部36。作為非限制性的舉例，可用的典型裝置包括重力式給料機、旋轉式閥門和注入式螺旋送料器。在圖中用44表示的一次空氣通過風箱46和與之相連的分配板48供到底部36。爐底排放器50在需要時把灰渣和其它固體廢物從底部36排出，過燃空氣供應口52、54供應燃燒所需空氣的其余部分。
由CFB燃燒過程產生的一煙氣/固體顆?；旌衔?6從底部36向上流過反應器墻殼32流到頂部38，同時把其中含有的一部分熱量傳遞給液體冷卻的殼墻34。一個一次碰撞式顆粒分離器58設置在反應器墻殼32的上部38內。在一較佳實施例中，這個一次碰撞式顆粒分離器58包括布置成兩組的四至六列凹面沖撞構件60，其中上游組62有兩列，下游組64有二到四列，最好是三列。構件60支承于反應器墻殼32的頂部66，并且是根據4,992,085號美國專利的構思設計的，該專利的說明書在此引為參考。
如4,992,085號美國專利所述，沖撞部件60不是平面的，它們可以是U形、E形、W形或只要有一凹面的任何其它形狀的。第一組62的兩列構件66相互錯開，這樣，煙氣/固體顆粒56通過它們時能使所帶的固體顆粒撞到凹形表面上；第二組64的兩至四列構件60同樣也相互錯開。在該較佳實施例中，上游組62沖撞構件60將收集氣體中攜帶的顆粒，并使它們在內部橫對著煙氣/固體顆粒流56自由下落直接落反應器墻殼32的底部36。
沖撞構件60設置在反應器墻殼32的上部38內，橫跨并正對著出口40的上游，除遍布出口40之外，下游組64中的每一沖撞構件60還延伸超過出口40的底端或工作點68約一英尺。然而，在該較佳實施例中，與上游組62的沖撞構件60相比，下游組64中的沖撞構件60的底端延伸進一空腔機構70，該空腔機構完全處在反應器墻殼32內，用于接收下游組64收集到而向下落的顆粒。本發(fā)明的空腔機構70的各種實施例及其與沖撞構件60的相互聯系將在下面描述。
由下游組64收集的顆粒也必須返回到反應器墻殼32的底部36。因此設置了與空腔機構70相連的而且也是完全位于反應器墻殼32內的返回裝置72。返回裝置72使顆粒在內部從空腔機構70直接地返回到反應器墻殼32內，這樣，顆粒就無阻礙地非管道地沿殼墻34落到反應器墻殼32的底部36，以便進行隨后的再循環(huán)。在該實施例中，空腔機構70主要是起一個臨時傳送機構的作用，而不是作為一個在任一較長的時間內積存顆粒的地方。由于顆粒沿殼墻34下落，顆粒重新被攜帶到通過反應器墻殼32向上流動的氣體/固體顆粒流56中去的可能性極小。本發(fā)明的返回裝置72的各種實施例及其與空腔機構70的連接將在下面描述。
從而可以看出，前面所述的結構實現了從流動的氣體/固體顆粒混合物56中進行一次顆粒分離，而無需任何外部顆粒積存斗、互相連接的管道或L形閥，但這些在已有技術中一般是需要的。
與反應器墻殼32的出口40相連的是對流通道74。煙氣/固體顆粒流56先橫穿上游組62，再橫穿下游組64之后(此時其所含固體顆粒已顯著減少，但仍含有一些沒有被一次碰撞式顆粒分離器58除去的細微顆料)，離開反應器墻殼32而進入對流通道74。CFB鍋爐30的具體設計結構所需要的傳熱表面75設在對流通道74內。可以采用各種布置，圖5所示的布置只是一種形式。諸如蒸發(fā)表面、經濟器、過熱器或空氣加熱器等不同類型的傳熱表面75也可設在對流通道內，僅受本技術領域的技術人員所知道的生產過程用蒸汽或公用事業(yè)發(fā)電要求和熱力學限制的限制。
煙氣/固體顆粒流56通過全部或一部分對流通道74內的加熱表面后，再通過一個一般為多管旋風集塵器的二次顆粒分離裝置78，以便除去留在氣體中的大部分顆粒80。這些顆粒80也被通過一個二次顆粒返回系統(tǒng)82返回到反應器墻殼32的底部36。然后潔凈的煙氣通過一空氣加熱器84，而該加熱器是用來預熱由鼓風機86供給的用于燃燒的進入空氣。然后，冷卻的潔凈氣體88通到比如一靜電除塵器或布袋除塵室的最終顆粒收集器89，再通過一引風機90和煙囪91排出。
現在描述本發(fā)明的空腔機構70的返回裝置72的各種實施例。圖6、7和8是采用本發(fā)明之各不同實施例的CFB反應器的上部的側視示意圖。這些實施例之間的主要差異在于(1)空腔機構70相對于后殼墻94的垂向中心線的具體位置，(2)是一組還是兩組62、64的沖撞構件60把它們收集的顆粒排進空腔機構70，和(3)每組62、64中沖撞構件60的個數。
如前所述，包括后殼墻94在內的殼墻34典型地是由許多流體冷卻排管制成，各流體冷卻管之間由鋼隔板相互連接起來以構成氣密的墻殼32。這種類型的CFB鍋爐30通常由連接于垂直殼墻34的鋼質結構件(未示)形成頂部支承。這樣，殼墻34就是流體冷卻的、承受載荷的構件。因此，形成后殼墻94的一部分管子必須垂直向上像100所示那樣穿過由懸掛件連接于鋼質結構件的頂蓬66。形成后殼墻94的其余管子在工作點68處彎曲而形成對流通道74的流體冷卻的地板。
在圖6中，空腔機構70完全處在的反應器墻殼32內，并在垂向中心線92的內側，而且還進一步由后殼墻94、擋板96和一個前空腔壁98構成，它收集由上游組62和下游組64的沖撞構件60所收集的所有顆粒。前空腔壁98的上端與沖撞構件60重疊一英尺或多一點。前空腔壁98在A和B處彎折而使其底端E形成一漏斗形的空腔機構，其出口毗鄰后殼墻94并代表返回裝置72的第一實施例。在一較佳實施例中，前空腔壁98可以由金屬板制成，而且，返回裝置72的一個實施例是沿著反應器墻殼32的一寬度延伸的一個矩形槽口或具有適當尺寸的許多間隔的孔。然而，前空腔壁98也可由某些彎出后殼墻94的平面的流體冷卻管子形成，它們之間的空隙由隔板或平板相互連接起來。返回裝置72可取沿著反應器墻殼32的寬度、在相鄰管子之間的尺寸適當的許多孔的形式，這些孔處于管子彎出后殼墻94的平面的地方。擋板96設置在沖撞構件60的底部附近，位于工作點68處或其下面一點。擋板96一般是水平的，它形成空腔機構70的頂部，并構成對組成一次碰撞顆粒分離器58的沖撞構件60的連接。擋板96也可設計成沿著4,992,085號美國專利中描述的擋板26的線路。尤其是，沖撞構件60中收集的顆粒將會向下流過擋板96的許多小孔，這些小孔構造成遍布空腔機構70的頂部，但不遍布各沖撞構件60內的凹面區(qū)域，因此，可防止顆粒在流過空腔機構70的頂部時重新被氣體攜帶。
圖7是類似于圖6的實施例，主要區(qū)別在于空腔機構70是在后殼墻94的垂向中心線92的外側。這里，返回裝置72是通過彎折后殼墻94而形成的，它與直的前空腔壁98的一端E一起形成漏斗形的空腔機構70，其出口也毗鄰后殼墻94。前空腔壁98可由金屬板構成，返回裝置包括位于底端E和后殼墻94之間的一縱向槽口或許多間隔的孔?；蛘?，前空腔壁98可由一直向上延伸過頂蓬66的流體冷卻管組成，如圖中100所示。在這種情況下，返回裝置72將包括沿反應器墻殼32的寬度、在相鄰管子之間的許多孔，這些孔是處于形成后殼墻94的其余管子彎折出后殼墻94的垂直中心線92所在平面的地方。
在圖6和7的實施例中，可以用必要數目的沖撞構件60達到高的收集效率，同時仍能做到固體顆粒完全是在內部返回至反應器墻殼32的底部36，以便隨后的再循環(huán)，而無需采用外部的或內部的返回管道或顆粒返回系統(tǒng)。
圖8示出了如圖5所示的本發(fā)明的另一個實施例，而且在一個較佳實施例中采用布置成兩組62、64的至少四列沖撞構件60。形成上游組62的前兩列沖撞構件60使它們收集的固體顆粒沿后殼墻94自由落下，直接排放入反應器墻殼32內，而由下游組64收集的固體顆粒落入空腔機構70內，其也是整個處在反應器墻殼32內并位于后殼墻94的垂向中心線的外側。也采用擋板96作為空腔機構70的頂部，并作為形成在上游組62的前兩列沖撞構件60上的擋板。上游組62上的擋板96使氣體/固體顆粒流56橫流過沖撞構件60，并防止任何氣體旁流或沿沖撞構件60直接向上流，如4,992,085號美國專利所創(chuàng)意的那樣。這種布置進一步簡化了一次碰撞式分離器58的結構，使它比圖6的結構更緊湊了。此外，由于形成了前兩列沖撞構件和后面各列沖撞構件的排放分開的固體顆粒，這種布置有助于提高一次碰撞式分離器58的效率。它減小了上游組62和下游組64之間的會把顆粒重新帶走的旁流氣流。
出于擋板96安裝在圖8中前兩列沖撞構件60處的同一原因，也需要防止氣體旁流過返回裝置72或使其降到最低。圖9和10揭示，返回裝置72中的尺寸適當的排放口102能實現這個目的，同時還能排空收集的固體顆粒，使它們不會積聚在空腔機構70中。圖11、12和13揭示，成形在后殼墻94上的具有適當尺寸的通道104，與排放口102配合使用，也是合適的。圖14、15和16揭示，連接于前空腔壁98且直接面對排放口102的短垂直通道也將能防止氣體旁流進空腔機構70，同時還能進一步強化固體顆粒沿后殼墻94垂向地自由下落，而返回到反應器墻殼32的底部36。
返回裝置72的排放口102的流通面積最好選擇為能提供100至500kg/m2s的固體顆粒質量通過量。對于通道104，其長度最好是跨越空腔機構70的排放口102的以英寸水柱表示的預期壓差的6-10倍。與用管道將固體顆粒從分離器返回到反應器的底部的已知CFB應用場合中采用的回形密封件或L閥相比，由上述固體顆粒返回布置提供的壓力密封簡單得多。由于與CFB爐膛底部和圖1的熱旋風分離器或圖2至4的顆粒積存斗11之間的壓差相比，爐膛上部38和空腔機構70之間的壓差相對較小，這一點是可能。與已有技術CFB燃燒室的典型壓差為25至30甚至40至45英寸水柱相比，本發(fā)明的預估壓差為1.0至1.5英寸。
圖17和18揭示了返回裝置72的一個實施例，其中每一排放口102上可放一舌片閥108，其通過一銷軸110和若干銷軸座112可樞轉地連接于前空腔壁98。舌片閥108將會自行調節(jié)各開口的截面，使固體顆粒從空腔機構70中排出，而又不允許氣體旁流進其內。排放口102的尺寸最好符合前述的準則。
圖19和20揭示了返回裝置72的另一個實施例，其中，對排放口102做了進一步的限制，形成了一個循環(huán)固體顆粒104的床。床104由略微傾斜的地板106和108支承著，多個噴氣管110穿過傾斜地板108伸到循環(huán)固體顆粒的104床的底部。吹入床104內的起流態(tài)化作用的空氣、燃氣或類似物112通過使顆粒流態(tài)化并使它們不斷地從空腔70排出而將床104保持在一所需的高度。保持在堆積狀態(tài)的或略為流態(tài)化的固體顆粒床將提供一能防止氣體56通過排放口102旁流的壓力密封。
圖19和20的壓力密封布置的一個變化形式見圖21和22。在這一實施例中，排放口102的下邊緣L設置在空腔70的地板114的上方；一傾斜部分116從地板114向上延伸。具有連接于前空腔壁98的一第一部分120和連接于其上的一第二部分122的一擋板118延伸進空腔70。第二部分122的一下端T設置得比排放口102的下邊緣L低，從而形成一個具有由前空腔壁98、地板114和116、擋板118和空腔壁116構成的進料室126和排放室128的回形密封124。與圖19和20的情況一樣，起流態(tài)比作用的空氣、燃氣或類似物112通過噴氣管110吹入顆粒床104。由于固體顆粒溢流并沿反應器后墻往下落，排放室128內的固體顆粒高度將是在下邊緣L處或其上面一點。進料室126內的固體顆粒將自行調整到與反應器墻殼32的上部38和空腔70之間的壓差相平衡。由于這一壓差比較小，與已有技術的返回路徑的回形密封所需的氣體壓力相比，圖19和20以及圖21和22的兩個實施例僅需一低的起流態(tài)化作用的氣體壓力來提供CFB床的壓力密封。
這樣，本發(fā)明就形成了一種簡單的CFB反應器或燃燒室結構布置，它省去了對外部一次分離器和與之相關連的固體顆粒返回管道及回形密封或L形閥的需要。本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，上述結構的省略以及不存在固體顆粒返回管道的障礙擴大了進入CFB反應器或燃燒室底部36的通路。特別是在CFB燃燒室中，這提供了使燃料和吸附劑更均勻地供給的可能性，從而可改善燃燒和燃燒產物的排放，而且，如果是燒一種以上的燃料，還為之提供了較好的路徑。
盡管為了說明本發(fā)明的原理的應用已詳細描述和示出了本發(fā)明的幾個特定實施例，但是，本技術領域的人員將會理解，在不偏離本發(fā)明之這些原理的情況下，在后面的權利要求范圍內可對本發(fā)明作出多種變化形式。例如，本發(fā)明可應用于涉及循環(huán)流化床反應器的燃燒室的新結構或應用于現有循環(huán)流化床反應器或燃燒室的更換、修理或改型。在本發(fā)明的某些實施例中，本發(fā)明的某些特點有時可用作優(yōu)點，而不必包括其他特點的相應使用。因此，所有這些變化形式和實施例均落在下述權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種循環(huán)流化床反應器，包括一反應器墻殼，其部分地由殼墻構成，它有一底部、一上部和一位于上部排出口的出口；一個一次碰撞式顆粒分離器，其設置在反應器墻殼的上部內，用以收集在反應器墻殼內從其底部向其上部流動的氣體中所攜帶的顆粒，使它們向底部下落；空腔機構，它連接于一次碰撞式顆粒分離器并完全處在反應器墻殼內，用來接收一次碰撞式顆粒分離器收集到而從其下落的顆粒；以及返回裝置，它連接于空腔機構并完全處在反應器墻殼內，用來使顆粒在內部從空腔機構直接返回到反應器墻殼內，使它們無障礙地非管道地沿著殼墻自由落到反應器墻殼的底部，以便進行隨后的再循環(huán)。
2.如權利要求1所述的反應器，還包括用于把燃料和吸附劑供應到反應器墻殼底部的裝置。
3.如權利要求1所述的反應器，其特征在于，進一步包括一連接于反應器墻殼底部的風箱。
4.如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述一次碰撞式顆粒分離器包括數列凹面沖撞構件。
5.如權利要求4所述的反應器，其特征在于，所有各列凹面沖撞構件使從氣體收集到的顆粒直接落入空腔機構。
6.如權利要求4所述的反應器，其特征在于，所述數列凹面沖撞構件布置成兩組，一組是上游組，另一組是下游組，每組有至少兩列凹面沖撞構件。
7.如權利要求6所述的反應器，其特征在于，所述上游組的沖撞構件收集氣體中攜帶的顆粒，使它們在內部直接自由落向反應器墻殼的底部。
8.如權利要求6所述的反應器，其特征在于，所述下游組的沖撞構件收集氣體中攜帶的顆粒，使它們直接落到空腔機構內。
9.如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述反應器墻殼有一個具有一垂向中心線的后殼墻，所述空腔機構位于所述垂向中心線內側的反應器墻殼內。
10.如權利要求9所述的反應器，其特征在于，空腔機構由所述后殼墻、一擋板和一前空腔壁構成。
11.如權利要求10所述的反應器，其特征在于，所述前空腔壁的下端向后殼墻彎折，使所述空腔機構形成一其出口毗鄰后殼墻的漏斗形狀。
12.如權利要求11所述的反應器，其特征在于，所述返回裝置是在所述前空腔壁的下端和所述后殼墻之間沿反應器外殼的寬度延伸的具有適當尺寸的一矩形槽口或許多間隔的孔。
13.如權利要求10所述的反應器，其特征在于，所述后殼墻是由流體冷卻的排管構成，所述空腔壁是由所述流體冷卻排管中一些彎折出所述后殼墻的平面而使所述空腔機構成為一漏斗形的流體冷卻管子形成，而漏斗的出口毗鄰后殼墻。
14.如權利要求13所述的反應器，其特征在于，所述返回裝置取沿著反應器墻殼的所述寬度、在相鄰各管子之間具有適當尺寸的多個通孔的形式，這些孔位于管子彎折出后殼墻的平面的地方。
15.如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述反應器墻殼有一個具有一垂向中心線的后殼墻，所述空腔機構在反應器墻殼內，但在垂向中心線的外側。
16.如權利要求15所述的反應器，其特征在于，所述空腔機構是由所述后殼墻、一擋板和一前空腔壁構成。
17.如權利要求16所述的反應器，其特征在于，所述前空腔壁是直的，所述后殼墻彎離所述后殼墻的垂向中心線而使所述空腔機構成為其出口毗鄰后殼墻的漏斗。
18.如權利要求17所述的反應器，其特征在于，所述返回裝置是在所述前空腔壁的下端和后殼墻之間沿著反應器墻殼一寬度、具有適當尺寸的一矩形槽口或許多間隔的孔。
19.如權利要求17所述的反應器，其特征在于，所述后殼墻由流體冷卻的排管構成，所述前空腔壁是直的，并且是由一些沿垂向中心線向上延伸到反應器墻殼頂蓬的流體冷卻管子形成。
20.如權利要求19所述的反應器，其特征在于，所述返回裝置包括在沿反應器墻殼的一寬度的各相鄰管子之間的若干通孔，這些孔位于一些流體冷卻的管子彎折出后殼墻的平面的地方。
21.如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述一次碰撞式顆粒分離器有布置成兩組的數列凹面沖撞構件，一上流組有至少兩列凹面沖撞構件，其收集氣體中攜帶的顆粒，使它們在內部自由地直接向反應器墻殼的底部下落，所述上流組有一擋板，用來防止氣流沿其沖撞構件旁流或直接向上流，一下游組有至少兩列沖撞構件，其收集氣體中攜帶的顆粒，使它們直接落入所述空腔機構，所述空腔機構有一用作其自身頂部的擋板。
22.如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述空腔機構由一后殼墻、一擋板和一前空腔壁構成，所述返回裝置包括多個沿反應器墻殼的一寬度設置的排放口，它們的尺寸能提供100～500kg/m2s的固體質量通過量的通流面積。
23.如權利要求22所述的反應器，其特征在于，所述返回裝置還包括與所述排放口配合使用的成形在后殼墻內的通道。
24.如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述空腔機構由一后殼墻、一擋板和一前空腔壁構成，所述返回裝置包括多個沿反應器墻殼的一寬度在前空腔壁的一端和后殼墻之間布置的排放口以及一連接于所述前空腔壁直接面對所述排放口的垂向短通道，該短通道能防止氣體旁流進所述空腔機構并能強化固體顆粒沿后殼墻以垂向自由下落的方式向反應器墻殼底部的返回。
25.如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述空腔機構由一后殼墻、一擋板和一前空腔壁構成，所述返回裝置包括多個沿反應器墻殼的一寬度在前空腔壁的一端和后殼墻之間布置的排放口以及設置在每一排放口上的可樞轉地連接于前空腔壁的一舌片閥。
26.如權利要求1所述的反應器，其特征在于，所述沖撞構件是U形的、E形的、W形的或其它類似凹面形狀的。
27.如權利要求18所述的反應器，其特征在于，還包括數個伸進所述空腔機構內的噴氣管，其通過使空腔機構內的顆粒流態(tài)化并使它們不斷地從空腔機構排出而將空腔機構內的顆粒高度保持在一所需的高度。
28.如權利要求27所述的反應器，其特征在于，進一步包括一連接于所述前空腔壁并延伸進所述空腔機構的擋板，用來形成一個具有由所述前空腔壁、所述空腔機構的一地板、所述擋板和一后空腔壁構成的一進料室和一排放室的回形密封。
全文摘要
一種具有一內部碰撞式一次顆粒分離器的CFB反應器或燃燒室提供了設在反應器墻殼之上部內的空腔機構和顆粒返回裝置，能使所有一次收集的固體顆粒直接在內部返回到反應器或燃燒室的底部，以便進行隨后的再循環(huán)，而無需外部的和內部的再循環(huán)管道。
文檔編號F23C10/08GK1119888SQ94191550
公開日1996年4月3日 申請日期1994年3月23日 優(yōu)先權日1993年3月25日
發(fā)明者基普林·C·亞歷山大, 弗利克斯·貝林, 戴維·E·詹姆斯, 戴維·J·沃克 申請人:巴布考克和威爾考克斯公司