專利名稱：富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器及此類反應(yīng)器的操作方法
富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器及此類反應(yīng)器的操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及富氧燃燒流化床反應(yīng)器及它們的操作。本發(fā)明特別涉及一種富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器，其包括反應(yīng)器腔室和該反應(yīng)器腔室的底部區(qū)段中用于將氣體引導(dǎo)到該 反應(yīng)器腔室內(nèi)的氣體分配裝置。根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分，所述氣體分配裝置包括第一 氣體輸送系統(tǒng)以及第二氣體輸送系統(tǒng)，其中，第一氣體輸送系統(tǒng)用于引導(dǎo)源自反應(yīng)器腔室 的再循環(huán)氣體，第二氣體輸送系統(tǒng)用于引導(dǎo)富氧氣體。根據(jù)權(quán)利要求10的前序部分，本發(fā) 明還涉及包括反應(yīng)器腔室和設(shè)置在該反應(yīng)器腔室的底部區(qū)段中的氣體分配裝置的富氧燃 燒流化床反應(yīng)器的操作方法，在該方法中，通過氣體分配裝置將氣體引導(dǎo)到反應(yīng)器腔室中， 該氣體分配室進(jìn)一步包括第一氣體輸送系統(tǒng)以及第二氣體輸送系統(tǒng)，其中，源自反應(yīng)器腔 室的再循環(huán)氣體經(jīng)第一氣體輸送系統(tǒng)反應(yīng)器腔室被引導(dǎo)到反應(yīng)器腔室內(nèi)，富氧氣體經(jīng)第二 氣體輸送系統(tǒng)引導(dǎo)到反應(yīng)器腔室內(nèi)。
背景技術(shù)：
新規(guī)定和其他限制氣體排放的要求(例如，與所謂的溫室效應(yīng)有關(guān))的發(fā)展已推 動實行新技術(shù)來減少例如使用化石含碳燃料的發(fā)電廠中的二氧化碳。例如，美國專利6，505，567公開一種循環(huán)流化床蒸汽發(fā)生器，其中燃燒由再循環(huán) 的二氧化碳支撐，該二氧化碳是燃燒的析出氣體。燃燒通過被引導(dǎo)到循環(huán)流化床蒸汽發(fā)生 器內(nèi)的純氧維持。引導(dǎo)純氧可能形成具有極高局部溫度的區(qū)域，這種高溫由于例如對接近 這些區(qū)域的結(jié)構(gòu)元件產(chǎn)生應(yīng)力而是不希望有的。將氧引導(dǎo)到循環(huán)流化床反應(yīng)器內(nèi)是一個特別精細(xì)的過程。不均勻的氧分布可形成 局部過熱點，這還容易造成諸如床材料結(jié)塊之類的問題。在使用純氧的情況時，該問題尤其 是值得討論。WO 2005119126公開了一種具有燃燒室的流化床設(shè)備，其中底部區(qū)段設(shè)有第一類 型和第二類型主供氣噴嘴。首先，第一類型噴嘴設(shè)置成用于通過常規(guī)的風(fēng)箱和噴嘴在接近 該腔室基部的第一高度(level)處噴射第一氣體混合物。其次，第二類型噴嘴設(shè)置成用于 在第一高度之上的第二高度處噴射富氧的第二氣體混合物。根據(jù)W02005119126，所述第二 類型噴嘴包括用于將氧氣與噴嘴內(nèi)的第二氣態(tài)成分混合的裝置，該裝置在其下端與氧氣源 (supply)連接并且與第二氣態(tài)成分的源連接。所述的第二氣態(tài)成分是來自風(fēng)箱或來自單獨 的集氣器的氣體。在這種裝置中，其中氧氣在噴嘴中與從風(fēng)箱引來的氣體混合，混合物中氧氣比率 的控制總是依賴于風(fēng)箱中主導(dǎo)的壓力并且獨立控制即使可能也很困難。在循環(huán)流化床反應(yīng)器中，流化氣體速度大幅變化，因為負(fù)荷的變化也需要通過反 應(yīng)器的格柵輸送的氣體量相應(yīng)改變。格柵的操作范圍例如通過壓降確定，其應(yīng)當(dāng)不僅在高 負(fù)荷期間而且在低負(fù)荷期間也不過量，該壓降應(yīng)當(dāng)足以提供氣流在格柵的橫截面區(qū)域上的 均勻分配。在實踐中，存在一定的最低空氣流量必須也在低負(fù)荷操作期間通過格柵輸送，其 在一些情況下可為從反應(yīng)器可獲得的最低負(fù)荷的限制因素。
特別是在富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器中，除了由于負(fù)荷變化引起的氣體速度變化 以外，還存在在富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器中保持將富氧氣體正確引導(dǎo)到工藝中的問題。美國專利4，628，831公開了一種用于使用流化床將氣態(tài)流化流體傳送到處理室 的格柵。該格柵包括兩個單獨供應(yīng)的通道回路，即分別為第一通道回路以及第二管狀通道 回路，其中，第一通道回路帶有朝頂部變寬的孔口，用于在腔室內(nèi)提供稠密流化床，第二管 狀通道回路在變寬的孔口上方開口，用于提供腔室內(nèi)的顆粒物的強(qiáng)制流化床。制造這種兩 組單獨的噴嘴和管網(wǎng)的格柵是極為復(fù)雜的。本發(fā)明的一個目的是提供一種富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器，其提供用于將再循環(huán) 的氣體和富氧氣體二者均引導(dǎo)到富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器中的先進(jìn)技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的如權(quán)利要求1和10中公開的那樣基本上得以滿足。其他權(quán)利要求 提供本發(fā)明的不同實施例的更多細(xì)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器包括反應(yīng)器腔室以及設(shè)置 在該反應(yīng)器腔室的底部區(qū)段中用于將氣體引導(dǎo)到該反應(yīng)器腔室內(nèi)的氣體分配裝置，該氣體 分配裝置包括用于將富氧氣體引導(dǎo)到反應(yīng)器腔室內(nèi)的第一氣體輸送系統(tǒng)和第二氣體輸送 系統(tǒng)。第一氣體輸送系統(tǒng)包括第一風(fēng)箱并且第二氣體輸送系統(tǒng)包括第二風(fēng)箱。第一風(fēng)箱 具有與反應(yīng)器腔室共用的壁，并且設(shè)置在第一風(fēng)箱下方的第二風(fēng)箱具有與第一風(fēng)箱共用的 壁。該氣體分配裝置進(jìn)一步與富氧氣體的源連接。此裝置允許富氧燃燒循環(huán)流化床反 應(yīng)器的有效和可靠的操作，被引導(dǎo)到反應(yīng)器腔室內(nèi)的氣體的氧含量處于提高的水平，高于
空氣的氧含量。有利地，第二下風(fēng)箱具有內(nèi)壁，內(nèi)壁襯有耐受由其中的氣體中的提高的氧含量所 致的條件的材料。第二風(fēng)箱經(jīng)由多個導(dǎo)管與反應(yīng)器連接，所述多個導(dǎo)管從第二風(fēng)箱延伸經(jīng)過第一風(fēng) 箱而進(jìn)入反應(yīng)器腔室內(nèi)。這提供了第二風(fēng)箱中的氣體可被保持在低于第一風(fēng)箱內(nèi)的氣體的 溫度的特征。優(yōu)選地，導(dǎo)管以可移除的方式設(shè)置在第一風(fēng)箱中。反應(yīng)器腔室設(shè)有顆粒物分離器，顆粒物分離器用于對被反應(yīng)器腔室內(nèi)發(fā)生的反應(yīng) 產(chǎn)生的氣體所夾帶的流化顆粒物進(jìn)行分離，并且該顆粒物分離器設(shè)有氣體出口和用于分離 后的顆粒物的出口。氣體出口設(shè)置成經(jīng)由再循環(huán)導(dǎo)管與第一風(fēng)箱和第二風(fēng)箱流動連通。再循環(huán)導(dǎo)管有利地通過設(shè)有第一流量控制設(shè)備的導(dǎo)管與第一氣體輸送系統(tǒng)中的 第一混合元件連接，并通過設(shè)有第二流量控制設(shè)備的導(dǎo)管與第二氣體輸送系統(tǒng)中的第二混 合元件連接。這樣，再循環(huán)的氣體進(jìn)入第一和第二氣體輸送系統(tǒng)的流速可被獨立控制。富氧氣體的源通過設(shè)有第三控制閥的導(dǎo)管與第一混合元件連接，并通過設(shè)有第四 控制閥的導(dǎo)管與第二混合元件連接。這樣，富氧氣體進(jìn)入第一和第二氣體輸送系統(tǒng)的流速 可被獨立控制并且可實施根據(jù)本發(fā)明的方法。根據(jù)本發(fā)明，在富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器的操作方法中，該流化床反應(yīng)器包括 反應(yīng)器腔室以及設(shè)置在該反應(yīng)器腔室的底部區(qū)段中的氣體分配裝置，通過該氣體分配裝置 將氣體引導(dǎo)到反應(yīng)器腔室內(nèi)，該氣體分配裝置進(jìn)一步包括經(jīng)它們將氣體引導(dǎo)到反應(yīng)器腔室內(nèi)的第一氣體輸送系統(tǒng)和第二氣體輸送系統(tǒng)。以如下方式通過第一氣體輸送系統(tǒng)的第一風(fēng)箱并通過第二氣體輸送系統(tǒng)的第二風(fēng)箱將氣體引導(dǎo)到反應(yīng)器腔室內(nèi)引導(dǎo)經(jīng)過第二風(fēng)箱的 富氧氣體被引導(dǎo)經(jīng)過多個導(dǎo)管，所述多個導(dǎo)管延伸經(jīng)過第一風(fēng)箱而進(jìn)入到反應(yīng)器腔室內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，被引導(dǎo)到反應(yīng)器腔室內(nèi)的氣體含有再循環(huán)的氣體，該 再循環(huán)的氣體被分為多束流，所述多束流包括被可控地引導(dǎo)到第一氣體輸送系統(tǒng)內(nèi)的流以 及被可控地引導(dǎo)到第二氣體輸送系統(tǒng)內(nèi)的流。富氧氣體被引導(dǎo)到第一氣體輸送系統(tǒng)中的再 循環(huán)的氣體的流中，使得第一氣體輸送系統(tǒng)中的氣體的氧含量小于或等于第一氧含量，并 且該富氧氣體被引導(dǎo)到第二氣體輸送系統(tǒng)中的再循環(huán)的氣體的流中，使得第二氣體輸送系 統(tǒng)中的氣體的氧含量大于或等于第一氧含量。優(yōu)選地，調(diào)節(jié)第一氧含量使得氣體分配裝置中存在的任何可燃材料自燃(S卩，不 存在外部點燃的點燃)的風(fēng)險被最大限度地減小。根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過保持CO2-H2O-O2氣體混合物中的O2濃度足夠低(通常 < 28% )使得可燃材料的絕熱燃燒溫度低于或等于使用空氣燃燒的溫度來控制氧含量。第二氣體輸送系統(tǒng)中的富氧氣體被輸送到第二風(fēng)箱并經(jīng)受來自反應(yīng)器腔室的熱 流量，該熱流量通過加熱(warming up)第一風(fēng)箱內(nèi)的氣體而減少。這樣，可容易地將第二 風(fēng)箱內(nèi)的富氧氣體保持在低于第一風(fēng)箱內(nèi)的氣體的溫度。優(yōu)選地，經(jīng)由經(jīng)第一風(fēng)箱延伸到 反應(yīng)室中同時被第一風(fēng)箱內(nèi)的氣體加熱的多個管道引導(dǎo)第二風(fēng)箱內(nèi)的富氧氣體。

以下將參照所附示意圖描述本發(fā)明，其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的設(shè) 有氣體分配裝置的富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器。
具體實施方式圖1示意性地顯示了富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器10，其包括反應(yīng)器腔室15以及 經(jīng)由連接導(dǎo)管25連接到反應(yīng)器腔室15上部的顆粒物分離器20。顆粒物分離器20設(shè)有顆 粒物出口 30和氣體出口 35。顆粒物出口 30與顆粒物返回通道40連接。顆粒物分離器20 優(yōu)選為離心分離器類型。返回通道可設(shè)有例如單獨的顆粒物冷卻器或其他顆粒物處理系統(tǒng) (這里未示出)。排氣，其在正常燃燒操作下主要含有CO2和H2O,經(jīng)由氣體出口 35被進(jìn)一步引向排 氣導(dǎo)管45。這里使用虛線顯示了排氣導(dǎo)管，示出排氣經(jīng)歷特定處理工藝諸如設(shè)置成與排氣 導(dǎo)管45連接的熱回收工藝的事實，但此處為了清楚的原因而未顯示出。反應(yīng)器腔室15的底部區(qū)段設(shè)有氣體分配裝置50，其包括格柵55，經(jīng)其將流化氣體 和含氧氣的氣體引導(dǎo)到反應(yīng)器腔室15內(nèi)。不論氣體含量如何，所有經(jīng)格柵55引導(dǎo)的氣體 都參與床材料的流化。反應(yīng)器腔室15在其底端由格柵55分界。格柵設(shè)有兩組開口 60、65， 其分別與第一氣體輸送系統(tǒng)70和第二氣體輸送系統(tǒng)75連接，以便以下述方式將氣體引導(dǎo) 到反應(yīng)器腔室15內(nèi)。在實踐中，開口設(shè)有這里為清楚的原因而未顯示出的特別的噴嘴。噴 嘴基本上均勻地分布在格柵區(qū)域上。第一氣體輸送系統(tǒng)70包括第一風(fēng)箱71。第一風(fēng)箱71由其底壁76、頂壁77和側(cè) 壁78形成。側(cè)壁的數(shù)量由第一風(fēng)箱的橫截面形狀決定；例如，如果是圓形，則僅有一個環(huán)繞風(fēng)箱的側(cè)壁。第一輸送系統(tǒng)70另外包括第一混合元件101，氣體設(shè)置成經(jīng)第一混合元件流 入第一風(fēng)箱71內(nèi)。第二氣體輸送系統(tǒng)75包括第二風(fēng)箱80，其分別由其底壁81、頂壁82和側(cè)壁83形 成。第二風(fēng)箱80直接設(shè)置在第一風(fēng)箱71下方。第一風(fēng)箱和第二風(fēng)箱具有彼此共用的壁。 第一風(fēng)箱71的底壁76和第二風(fēng)箱的頂壁82整體地彼此附接或它們甚至可由單個共用的 壁形成。換句話說，第一風(fēng)箱71直接在反應(yīng)器15下方而第二風(fēng)箱80直接在第一風(fēng)箱71 下方。第二輸送系統(tǒng)75包括第二混合元件102，氣體設(shè)置成經(jīng)第二混合元件流入第二風(fēng)箱 80。第一風(fēng)箱71和第二風(fēng)箱80 二者均設(shè)有開口到風(fēng)箱的內(nèi)部空間內(nèi)的氣體進(jìn)口 85、 90。第一混合元件101和第二混合元件102設(shè)置成在其上游與各自的進(jìn)口連接。排氣導(dǎo)管 45設(shè)有再循環(huán)導(dǎo)管95，該再循環(huán)導(dǎo)管95設(shè)有鼓風(fēng)設(shè)備96。再循環(huán)導(dǎo)管95設(shè)置成用于引導(dǎo) 由于反應(yīng)器腔室15內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)而產(chǎn)生的析出氣體作為再循環(huán)氣體。在實踐中，在正常燃 燒操作期間，再循環(huán)的析出氣體主要含有CO2和H20。再循環(huán)導(dǎo)管95經(jīng)導(dǎo)管107與第一混合元件101連接并且經(jīng)導(dǎo)管111與第二混合 元件102連接。導(dǎo)管107和111分別設(shè)有第一流量控制設(shè)備108和第二流量控制設(shè)備112。
第一混合元件和第二混合元件分別與氣體進(jìn)口 85、90連接。在混合元件中，富氧 氣體被引導(dǎo)到再循環(huán)的氣流中同時進(jìn)行混合。被引導(dǎo)到每個風(fēng)箱內(nèi)的再循環(huán)氣體的量由第 一流量控制設(shè)備108和第二流量控制設(shè)備102控制。流量控制設(shè)備可包括例如第一控制閥 和第二控制閥。根據(jù)本發(fā)明的實施例，流量控制設(shè)備除控制閥以外或代替控制閥包外括設(shè) 置在各個導(dǎo)管107和111中的專用變頻器控制的風(fēng)機(jī)(圖中未顯示出)。這提供了一種控 制被引導(dǎo)到風(fēng)箱中的再循環(huán)氣體的量的有效途徑。用風(fēng)機(jī)代替閥最大限度地減少了不必要 的壓力損失，因為再循環(huán)導(dǎo)管95內(nèi)的風(fēng)機(jī)96無需產(chǎn)生與使用閥的情況下一樣高的壓力。這使得能以這樣的方式實現(xiàn)富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器的操作反應(yīng)的析出氣 體，其在反應(yīng)器中發(fā)生含碳燃料的燃燒的情況下主要是CO2和H2O,可部分再循環(huán)回到反應(yīng) 器15，使得在起動階段(start-up phase)之后，代替空氣，反應(yīng)器可通過析出氣體和氧氣 的混合物操作。這樣，避免了氮的存在并且可更容易地設(shè)置從排氣回收C02。氣體分配裝置50還與富氧氣體的源100 (類似于空氣分離單元(ASU))連接。富 氧氣體的源100通過設(shè)有第三控制閥104的導(dǎo)管103與第一混合元件101連接并通過設(shè)有 第四控制閥106的導(dǎo)管105與第二混合元件102連接。經(jīng)第一風(fēng)箱71將氣體引導(dǎo)到反應(yīng)器15內(nèi)設(shè)置成以如下方式發(fā)生。用于富氧氣體 的第三控制閥104和用于再循環(huán)氣體的控制設(shè)備108被操作，使得經(jīng)第一氣體輸送系統(tǒng)70 引導(dǎo)的氣體具有比第一氧含量低的氧含量，該第一氧含量在實踐中為約28vol.-%，優(yōu)選 23 28vol.-%。優(yōu)選調(diào)節(jié)第一氧含量使得氣體分配裝置中存在的任何可燃材料的自燃風(fēng) 險被最大限度地降低。這樣，反應(yīng)器的操作可靠而又安全。經(jīng)第二風(fēng)箱80將氣體引導(dǎo)到反應(yīng)器15內(nèi)設(shè)置成以如下方式發(fā)生。用于富氧氣體 的第四控制閥106和用于再循環(huán)氣體的控制設(shè)備112被操作，使得經(jīng)第二氣體輸送系統(tǒng)75 引導(dǎo)的氣體具有超過第一氧含量的提高的氧含量。因此，第二風(fēng)箱中的氣體的氧含量基本 上保持在空氣的氧含量之上。當(dāng)然，可將兩個風(fēng)箱中的氧含量調(diào)節(jié)為相同，例如，當(dāng)使用空 氣進(jìn)行燃燒時，至少在起動階段是這種情況。
上述裝置使得可將具有特定預(yù)定的氧含量的再循環(huán)氣體引導(dǎo)到兩個風(fēng)箱內(nèi)?；旌?元件101、102確保進(jìn)入風(fēng)箱內(nèi)的氣體具有基本上均勻的成分。這最大限度地降低了局部氧 濃度高存在的可能性，局部氧濃度高可導(dǎo)致風(fēng)箱中的含碳材料過早點燃，而且還可導(dǎo)致反 應(yīng)器腔室內(nèi)的局部過熱區(qū)域。
基于富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器的負(fù)荷和/或流化氣體流速的預(yù)定需求量調(diào)整 經(jīng)第一氣體進(jìn)口 85和第二氣體進(jìn)口 90以及噴嘴60和65 二者引導(dǎo)的氣體的總流速?；?被引導(dǎo)到反應(yīng)器內(nèi)的氣體的氧含量的預(yù)定目標(biāo)值調(diào)整經(jīng)第二氣體進(jìn)口 90和噴嘴65引導(dǎo)的 富氧氣體的量。在任何情況下，優(yōu)選的是經(jīng)第二風(fēng)箱引導(dǎo)的氣體的氧含量大于與反應(yīng)器腔 室15連接的第一風(fēng)箱的氧含量。在任何可燃材料將進(jìn)入具有提高的氧含量的第二風(fēng)箱的情況下，盡管氧含量較 高，也通過保持第二風(fēng)箱內(nèi)的溫度低于第一風(fēng)箱內(nèi)的溫度而最大限度地降低不希望的點燃 的風(fēng)險。使得經(jīng)第二風(fēng)箱引導(dǎo)具有提高的氧含量的富氧再循環(huán)氣體與通過第一風(fēng)箱將第 二風(fēng)箱設(shè)置成與反應(yīng)器腔室15分離相結(jié)合極大地提高(prove) 了循環(huán)流化床的安全性。這 是由于第二風(fēng)箱中的富氧氣體的溫度在使用時被保持在低于第一風(fēng)箱內(nèi)的氣體的溫度的 事實。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，第二風(fēng)箱80經(jīng)延伸經(jīng)過第一風(fēng)箱75的多個導(dǎo)管140 與反應(yīng)器腔室15連接。在圖1的實施例中，導(dǎo)管為管道。在管道140中，富氧氣體被第一 風(fēng)箱75中的再循環(huán)氣體加熱。以如下方式經(jīng)第一氣體輸送系統(tǒng)70的第一風(fēng)箱71并經(jīng)第 二氣體輸送系統(tǒng)75的第二風(fēng)箱80將富氧氣體引導(dǎo)到反應(yīng)器腔室內(nèi)引導(dǎo)經(jīng)過第二風(fēng)箱80 的富氧氣體被引導(dǎo)經(jīng)過延伸經(jīng)過第一風(fēng)箱71的多個導(dǎo)管140而進(jìn)入反應(yīng)器腔室內(nèi)。這樣， 具有提高的氧含量的富氧氣體的溫度可在第二風(fēng)箱中保持在較低的溫度并且剛好在引導(dǎo) 到進(jìn)入反應(yīng)器腔室15中之前被加熱，這使得操作可靠而又安全。根據(jù)本發(fā)明的實施例，管道140以可移除方式安裝在第一風(fēng)箱75的底壁76與頂 壁77之間，這有利于移除管道以便為了維護(hù)和檢查目的進(jìn)入第一風(fēng)箱75內(nèi)的空間。在圖 1中，管道可移動到第二風(fēng)箱80的空間，該位置通過虛線145示出。還可設(shè)想的是，可使用 壓縮彈簧裝置(未示出)緊固管道，這有利于使用基本工具快速移除管道140。在包括反應(yīng)器腔室和設(shè)置在該反應(yīng)器腔室的底部區(qū)段中的氣體分配裝置的富氧 燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器的操作方法中，氣體經(jīng)氣體分配裝置50被引導(dǎo)到反應(yīng)器腔室15內(nèi)。 氣體分配裝置包括第一氣體輸送系統(tǒng)和第二氣體輸送系統(tǒng)，氣體經(jīng)這些氣體輸送系統(tǒng)被引 導(dǎo)到反應(yīng)器腔室15內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，被引導(dǎo)到反應(yīng)器腔室內(nèi)的氣體含有再循環(huán)氣體。再循環(huán)的氣體被分 為多束流，其中所述多束流包括被可控地引導(dǎo)到第一氣體輸送系統(tǒng)中的流和被可控地引導(dǎo) 到第二氣體輸送系統(tǒng)中的流。富氧氣體被引導(dǎo)到第一氣體輸送系統(tǒng)中的再循環(huán)氣流中使得第一氣體輸送系統(tǒng) 中的氣體的氧含量小于或等于第一氧含量。另外，富氧氣體被引導(dǎo)到第二氣體輸送系統(tǒng)中 的再循環(huán)氣流中使得第二氣體輸送系統(tǒng)中的氣體的氧含量大于或等于第一氧含量，即，處 于提高的氧含量。第二氣體輸送系統(tǒng)的第二風(fēng)箱內(nèi)具有提高的氧含量的氣體經(jīng)受來自反應(yīng) 器腔室的熱流量，該熱流量通過加熱第一風(fēng)箱內(nèi)的氣體而減小。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，將第一風(fēng)箱內(nèi)的氣體保持在< 300°C的溫度，并且將第二風(fēng)箱內(nèi)的氣體的保持在< 200°C的溫度。這樣，盡管存在富氧氣體，也確保了循環(huán)流化床 的可靠操作并且最大限度地降低了可燃材料自燃的風(fēng)險。第二風(fēng)箱的表面在提高的氧含量的情況下為防火材料，第二風(fēng)箱中優(yōu)選主要為不 可燃材料?？赏ㄟ^使第一風(fēng)箱的基材(比如碳鋼)設(shè)有防氧化層而進(jìn)一步改進(jìn)該裝置。這 保護(hù)了基材免于第二風(fēng)箱內(nèi)的富氧氣體和溫度的作用。根據(jù)一個實施例，該防氧化層為第 二風(fēng)箱80的內(nèi)壁上的襯層135，該襯層屬于難溶材料，例如，陶瓷材料?；?，比如碳鋼，也 可襯有適當(dāng)厚度的奧氏體不銹鋼。也可結(jié)合碳鋼和不銹鋼使用保護(hù)襯層和耐熱合金涂層。基材本身可選擇成耐受存在富氧氣體形成的環(huán)境。因此，根據(jù)本發(fā)明的另一個實 施例，防氧化層通過基材本身形成在基材的表面上。例如，可成功地使用鎳基或銅基超合 金。這些合金是耐氧化和耐腐蝕材料，并且當(dāng)被加熱時，可形成保護(hù)表面免于進(jìn)一步?jīng)_擊的 穩(wěn)定的鈍化氧化物層。當(dāng)在部分負(fù)荷環(huán)境下操作根據(jù)本發(fā)明的富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器時，本發(fā)明由 于富氧氣體獨立于再循環(huán)氣體的引導(dǎo)被引導(dǎo)的事實而允許流化速度更好的可控性。還顯而 易見的是，所述的將氣體引導(dǎo)到反應(yīng)器內(nèi)的途徑可包括隨后進(jìn)一步引導(dǎo)富氧氣體以便提供 如通過附圖標(biāo)記150所示的分級燃燒。雖然本文已結(jié)合目前認(rèn)為是最優(yōu)選的實施例以舉例方式描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理 解的是，本發(fā)明并不局限于所公開的實施例，而是旨在覆蓋其特征的各種組合或改型，以及 覆蓋包括在如所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的若干其他應(yīng)用。以上結(jié)合任何實施 例所述的細(xì)節(jié)當(dāng)技術(shù)上可行時可用于另一個實施例中。
權(quán)利要求
一種富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器，包括反應(yīng)器腔室(15)和設(shè)置在所述反應(yīng)器腔室的底部區(qū)段中用于將氣體引導(dǎo)到所述反應(yīng)器腔室內(nèi)的氣體分配裝置(50)，所述氣體分配裝置包括用于將富氧氣體引導(dǎo)到所述反應(yīng)器腔室(15)內(nèi)的第一氣體輸送系統(tǒng)(70)和第二氣體輸送系統(tǒng)(75)，其特征在于，所述第一氣體輸送系統(tǒng)(70)包括第一風(fēng)箱(71)并且所述第二氣體輸送系統(tǒng)(75)包括第二風(fēng)箱(80)，并且所述第一風(fēng)箱具有與所述反應(yīng)器腔室共用的壁(77)，并且設(shè)置在所述第一風(fēng)箱下方的所述第二風(fēng)箱具有與所述第一風(fēng)箱共用的壁(76)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述第二風(fēng)箱 (80)的表面在所述第二風(fēng)箱(80)中在提高的氧含量的氣體的情況下主要是防火材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述第二風(fēng)箱 (80)的內(nèi)壁(135)襯有難熔材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述第二風(fēng)箱 (80)經(jīng)由多個導(dǎo)管(140)與所述反應(yīng)器連接，所述導(dǎo)管(140)從所述第二風(fēng)箱(80)延伸經(jīng) 過所述第一風(fēng)箱(71)進(jìn)入所述反應(yīng)器腔室(15)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述導(dǎo)管(140)以 可移除的方式進(jìn)行設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器腔室 設(shè)有顆粒物分離器(20)，顆粒物分離器用于對被所述反應(yīng)器腔室內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)中形成的 氣體夾帶的流化顆粒物進(jìn)行分離，并且所述顆粒物分離器設(shè)有氣體出口(35)和用于分離 后的顆粒物的出口(30)，并且所述氣體出口設(shè)置成經(jīng)由再循環(huán)導(dǎo)管(95)與所述第一風(fēng)箱 (71)和所述第二風(fēng)箱(80)流動連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述再循環(huán)導(dǎo)管 (95)經(jīng)設(shè)有第一流量控制設(shè)備(108)的導(dǎo)管(107)與所述第一氣體輸送系統(tǒng)(70)中的第 一混合元件(101)連接并且經(jīng)設(shè)有第二流量控制設(shè)備(112)的導(dǎo)管(111)與所述第二氣體 輸送系統(tǒng)(75)中的第二混合元件(102)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述氣體分配裝 置與富氧氣體的源(100)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器，其特征在于，所述富氧氣體的 源(100)經(jīng)設(shè)有第三控制閥(104)的導(dǎo)管(103)與所述第一混合元件(101)連接并且經(jīng)設(shè) 有第四控制閥(106)的導(dǎo)管(105)與第二混合元件(102)連接。
10.一種包括反應(yīng)器腔室(15)和設(shè)置在所述反應(yīng)器腔室的底部區(qū)段中的氣體分配裝 置(50)的富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器的操作方法，在所述方法中，經(jīng)所述氣體分配裝置 (50)將氣體弓I導(dǎo)到所述反應(yīng)器腔室內(nèi)，所述氣體分配裝置進(jìn)一步包括經(jīng)它們將氣體弓I導(dǎo)到 所述反應(yīng)器腔室(15)內(nèi)的第一氣體輸送系統(tǒng)(70)和第二氣體輸送系統(tǒng)(75)，其特征在于， 以如下方式經(jīng)所述第一氣體輸送系統(tǒng)(70)的第一風(fēng)箱(71)并經(jīng)所述第二氣體輸送系統(tǒng) (75)的第二風(fēng)箱(80)將所述富氧氣體引導(dǎo)到所述反應(yīng)器腔室內(nèi)引導(dǎo)經(jīng)過第二風(fēng)箱(80) 的所述富氧氣體被引導(dǎo)經(jīng)過多個導(dǎo)管(140)，所述多個導(dǎo)管延伸經(jīng)過所述第一風(fēng)箱(71)進(jìn) 入到所述反應(yīng)器腔室內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器的操作方法，其特征在于，被引導(dǎo)到所述反應(yīng)器腔室(15)內(nèi)的氣體包含再循環(huán)氣體，所述再循環(huán)氣體被分為多束流，所 述多束流包括被可控地引導(dǎo)到所述第一氣體輸送系統(tǒng)(70)內(nèi)的流和被可控地引導(dǎo)到所述 第二氣體輸送系統(tǒng)(75)內(nèi)的流，并且將富氧氣體引導(dǎo)到所述第一氣體輸送系統(tǒng)(70)中的 再循環(huán)氣流中使得所述第一氣體輸送系統(tǒng)(70)中的氣體的氧含量小于或等于第一氧含 量，并且將富氧氣體引導(dǎo)到所述第二氣體輸送系統(tǒng)(75)中的再循環(huán)氣流中使得所述第二 氣體輸送系統(tǒng)中的氣體的氧含量大于或等于所述第一氧含量。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器的操作方法，其特征在于，所 述第一氧含量大于23vol. -%。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器的操作方法，其特征在于，所 述第一氣體輸送系統(tǒng)中的氣體的氧含量小于所述第二氣體輸送系統(tǒng)中的氣體的氧含量。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器的操作方法，其特征在于，所 述第二氣體輸送系統(tǒng)中的所述富氧氣體被輸送到所述第二風(fēng)箱(80)并且經(jīng)受來自所述反 應(yīng)器腔室的熱流量，所述熱流量通過加熱所述第一風(fēng)箱(71)內(nèi)的氣體而被減小。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器的操作方法，其特征在于，所 述第二風(fēng)箱(80)內(nèi)的所述富氧氣體被引導(dǎo)經(jīng)過經(jīng)多個管道(140)，所述多個管道延伸經(jīng)過 所述第一風(fēng)箱(71)進(jìn)入所述反應(yīng)器腔室中并同時被所述第一風(fēng)箱(71)內(nèi)的氣體加熱。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器的操作方法，其特征在于，所 述第二風(fēng)箱(80)中的所述富氧氣體的溫度被保持成低于所述第一風(fēng)箱(71)中的氣體的溫 度。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器的操作方法，其特征在于，調(diào) 節(jié)所述第一氧含量使得所述氣體分配裝置中存在的任何可燃材料自燃的風(fēng)險被最大限度 地降低。
全文摘要
富氧燃燒循環(huán)流化床反應(yīng)器包括反應(yīng)器腔室(15)以及設(shè)置在該反應(yīng)器腔室的底部區(qū)段中用于將氣體引導(dǎo)到該反應(yīng)器腔室內(nèi)的氣體分配裝置(50)，該氣體分配裝置包括用于將富氧氣體引導(dǎo)到反應(yīng)器腔室(15)內(nèi)的第一氣體輸送系統(tǒng)(70)和第二氣體輸送系統(tǒng)(75)。第一氣體輸送系統(tǒng)(70)包括第一風(fēng)箱(71)并且所述第二氣體輸送系統(tǒng)(75)包括第二風(fēng)箱(80)，并且第一風(fēng)箱具有與反應(yīng)器腔室共用的壁(77)，而設(shè)置在第一風(fēng)箱下方的第二風(fēng)箱具有與第一風(fēng)箱共用的壁(76)。
文檔編號F23C10/10GK101970937SQ200980104531
公開日2011年2月9日 申請日期2009年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月8日
發(fā)明者J·米蒂南, J·蒂恩素, T·埃里克森 申請人:福斯特韋勒能源股份公司