專利名稱：循環(huán)流化床技術(shù)冷卻氣體的方法以及該法中所用循環(huán)流化床冷卻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及循環(huán)流化床冷卻氣體的方法，其中氣體流過循環(huán)流化床物料形成的流化床，部分循環(huán)流化床物料隨氣體流動(dòng)，并使循環(huán)流化床物料與氣流分離后返回流化床，并且通過冷卻待返回循環(huán)流化床物流而進(jìn)行至少部分冷卻。本發(fā)明還涉及冷卻氣體的循環(huán)流化床冷卻器，其中包括將待冷卻氣送入冷卻器的裝置，被冷卻氣排氣管，在流化床下部形成流化床并隨氣體流到排氣管的粒狀循環(huán)流化床物料，至少一根將循環(huán)流化床物料回送入流化床的返回管以及至少一個(gè)冷卻氣流和循環(huán)流化床物料的冷卻構(gòu)件。
循環(huán)流化床技術(shù)在燃燒和氣化工藝中常使用。與其它類型反應(yīng)比較，循環(huán)流化床技術(shù)的基本優(yōu)點(diǎn)是具有優(yōu)異的氣體和顆粒間傳質(zhì)和傳熱功能。采用足夠的氣速可在反應(yīng)器中建立近乎等溫的狀態(tài)。這非常有利于燃燒和氣化工藝的管理。
芬蘭專利申請№.813717說明了用循環(huán)流化床技術(shù)從含熔融物料和/或蒸汽的氣體中回收熱的方法。在該文獻(xiàn)所述解決方案中，工藝氣體用冷卻元件直接冷卻氣流而得以冷卻并且氣流中夾帶的循環(huán)流化床物料返回流化床，即經(jīng)過氣體排出管到流化床側(cè)的管道。該法的缺點(diǎn)是對直接設(shè)在氣流中的冷卻器操作中氣溫的調(diào)節(jié)不夠有效，尤其在要求一定排氣溫度時(shí)如此，因此該裝置的應(yīng)用范圍很窄。而且，該冷卻器中氣流中夾帶的顆粒冷卻不夠有效，因此返回流化床時(shí)很熱，這更阻礙了該裝置的操作。
從循環(huán)流化床冷卻器的角度看，基本要求是循環(huán)流化床物料的調(diào)節(jié)與裝置的額定負(fù)荷無關(guān)。而且，在許多工藝中要求在寬負(fù)荷范圍內(nèi)反應(yīng)器溫度保持恒定。在化學(xué)動(dòng)力學(xué)要求在窄溫度范圍內(nèi)操作的方案中，這一點(diǎn)尤其重要。而實(shí)施以往的循環(huán)流化床技術(shù)時(shí)，就可能達(dá)到這一點(diǎn)。
對循環(huán)粒流的返回段進(jìn)行冷卻是已知的，如見于US4165717，其中基于鼓氣流化床技術(shù)的單獨(dú)換熱器已用于返回循環(huán)段。但其中例如要采用單獨(dú)的流化氣流，這對旋風(fēng)分離器的操作不利。而且，該方案實(shí)施起來很復(fù)雜，其工藝調(diào)節(jié)難于掌握。某些情況下，實(shí)際上以其它方式構(gòu)成待冷卻返回管，其中返回管僅進(jìn)行少量冷卻。這些方案既復(fù)雜，又難于實(shí)施，而且其可控性低，操作范圍窄。
本發(fā)明目的是提出一種循環(huán)流化床技術(shù)及其冷卻器，其中待處理氣流排氣溫度的調(diào)節(jié)與裝置負(fù)荷無關(guān)。本發(fā)明方法特點(diǎn)是在獨(dú)立于氣流管的換熱器中用不同于循環(huán)流化床物料的冷卻介質(zhì)冷卻待返回循環(huán)流化床物流而實(shí)現(xiàn)基本上完全冷卻，其中氣流的冷卻是用返回到流化床且溫度低于流化床溫度的循環(huán)流化床物流進(jìn)行的。本發(fā)明循環(huán)流化床冷卻器特點(diǎn)是其中包括作為冷卻構(gòu)件而流通冷卻介質(zhì)的換熱器，所有將循環(huán)流化床物料返回到流化床的返回管經(jīng)過該換熱器以使返送的循環(huán)流化床物料得以在換熱器中單獨(dú)用冷卻介質(zhì)冷卻，在冷卻器下設(shè)有帶孔封閉空間，其中返回的循環(huán)流化床物料不斷形成活塞式層，從而防止氣體經(jīng)返回管而流入排氣管。
本發(fā)明冷卻方法的基本特征是通過在基本上立式設(shè)于固體返回管中的冷卻器中冷卻固體而實(shí)現(xiàn)大部分冷卻(優(yōu)選總冷卻量的80-100%)，固體在重力加速作用下自由流過所說冷卻器，并且再用被冷卻的循環(huán)固體冷卻氣體。該目的是這樣達(dá)到的，即在循環(huán)流化床冷卻器的固體返送物流中設(shè)置大量的冷卻面，其中待冷卻氣基本上不與冷卻面接觸，而是在與循環(huán)流化床物料返回管相連的換熱器中將待處理氣已冷卻的顆?；旌隙鴮?shí)現(xiàn)氣體冷卻。本發(fā)明之換熱器中優(yōu)選設(shè)有大量返回管，其中循環(huán)流化床物料，如砂向下流過換熱器，換熱器作為冷卻構(gòu)件，同時(shí)空氣或其它某些合適介質(zhì)經(jīng)鄰近管流通，該介質(zhì)流入返回管外部，冷卻其壁并因此也冷卻待返回循環(huán)流化床物料，如砂，而在此過程中本身也熱起來。本發(fā)明方法優(yōu)點(diǎn)是對冷卻效率的調(diào)節(jié)容易并且操作簡單，因?yàn)橹饕墙?jīng)過冷卻循環(huán)流化床物料而間接進(jìn)行冷卻，并且最多只有少量冷卻直接進(jìn)行，方式是工藝氣體沿冷卻器傳熱外表面流動(dòng)。
以下參照附圖詳述本發(fā)明。


圖1表明本發(fā)明循環(huán)流化床冷卻器結(jié)構(gòu)和操作原理。
圖2表明圖1循環(huán)流化床反應(yīng)器沿A-A線截面。
圖3a和3b詳細(xì)表明循環(huán)流化床冷卻器結(jié)構(gòu)和操作方式。
圖1表明了本發(fā)明循環(huán)流化床冷卻器，其中包括熱氣反應(yīng)器1，從中將待冷卻氣導(dǎo)入循環(huán)流化床冷卻器。2表示循環(huán)氣控制器，包括流化嘴13和13a(以下詳述)，從中將循環(huán)氣導(dǎo)入流化床。循環(huán)氣控制器還包括示為3的熱氣嘴。循環(huán)流化床冷卻器，即流化床室之下部示為4。為保證足夠顆粒濃度，下部4之截面大于環(huán)形上部，即反應(yīng)室5之截面，經(jīng)反應(yīng)室5氣體和顆粒流入循環(huán)流化床冷卻器之上部。
氣體和循環(huán)流化床物料顆粒從環(huán)狀反應(yīng)室5切向送入旋風(fēng)分離室9，其中經(jīng)過軸向?qū)ΨQ設(shè)于循環(huán)流化床冷卻器上部的旋風(fēng)葉片控制器6?；旧蟽艋鵁o顆粒的氣體經(jīng)旋風(fēng)分離器中心管，即廢發(fā)管7排出后作進(jìn)一步處理。設(shè)在旋風(fēng)分離器中的中間板示為8，用其將旋風(fēng)分離室9和其下部的顆粒分布室15分開。設(shè)分布室的目的是分布進(jìn)入循環(huán)段，即待返回流化床粒料流，使其在典型的同流換熱器10的返回管中均勻分布。裝置中設(shè)嘴件(錐嘴)14而形成封閉室，其中經(jīng)換熱器10返回的循環(huán)流化床物料形成了塞狀層，均勻地經(jīng)嘴件14中心的孔而流入流化床室4。這樣設(shè)計(jì)的目的是防止氣體向上流過換熱器10。氣體或其它介質(zhì)的冷卻物流進(jìn)入換熱器的入口通道示為11，而該物流從換熱器排出的出口通道示為12。冷卻介質(zhì)物流在返回管外部經(jīng)過換熱器，冷卻該管并因而冷卻其中所含粒料流，同時(shí)自身得以加熱。
圖2為圖1中循環(huán)流化床冷卻器沿A-A線的截面示意圖。圖2示出了環(huán)形反應(yīng)室5，在其中心基本上同心設(shè)置了并流冷卻器10。返回管10a從室15伸到嘴件14的空間，經(jīng)冷卻器10。根據(jù)用途，冷卻介質(zhì)可為空氣，某些其它合適氣體，水，某些其它液體或物流，流經(jīng)管10a外側(cè)。
實(shí)施例熱氣 入口 出口溫度 960℃ 480℃壓力 1.1MPa 1.0MPa氣流 86.8mol/s 86.8mol/sNa2S物流 0.37mol/s 0.37mol/sNa2CO3物流 0.88mol/s 0.88mol/s
冷卻空氣 入口 出口溫度 290℃ 416℃壓力 1.3MPa 1.2MPa氣流 5410mol/s 5410mol/s循環(huán)流化床冷卻器下部顆粒濃度優(yōu)選50-150Kg/m3，上部為5-30Kg/m3。采用適當(dāng)粒徑分布的循環(huán)物料，就可將顆粒密度分布調(diào)為所述范圍，而不會(huì)涉及到氣流。考慮到裝置設(shè)計(jì)上的具體結(jié)構(gòu)的典型氣速為3-8m/s。若循環(huán)物料粒徑分布不能加以選擇，在某些情況下就必須相當(dāng)高的速度，甚至達(dá)30m/s。
本發(fā)明中保持足量的循環(huán)流化床物料，其中采用循環(huán)氣，是經(jīng)圖3a和3b所示單獨(dú)的噴射底16送入循環(huán)流化床冷卻器的，因此可將熱氣嘴3之間的區(qū)域保持在流化狀態(tài)下。圖3b示出了圖3a噴射底沿B-B線的示意圖，表明本發(fā)明噴射底結(jié)構(gòu)及其操作。從中可看出，本發(fā)明循環(huán)流化床冷卻器可有效地設(shè)置雙噴射底，其中待冷卻熱氣經(jīng)尺寸優(yōu)選相當(dāng)大(D＝20-60mm)的噴嘴3送入冷卻器，而循環(huán)氣體則經(jīng)常規(guī)小噴嘴13導(dǎo)入。而且，經(jīng)噴嘴孔3導(dǎo)入流化氣，孔設(shè)在雙噴射底16之下板16a中并導(dǎo)送工藝氣，圍繞工藝氣進(jìn)氣物流，方式是工藝氣孔3之上的上噴射底板16b在所說的工藝氣孔的位置具有直徑比孔3大的孔13a，因此可使從管2流出的流化氣B在上下噴射底板16a和16b之間流過并圍繞工藝氣流A而進(jìn)入環(huán)形，同時(shí)還流經(jīng)噴嘴孔。這種設(shè)計(jì)可避免熱氣包圍噴嘴，因?yàn)槿魺釟夂淠衔锘蚩紤]到其溫度高可能使圍繞噴嘴的流化床物料熔化，經(jīng)常就會(huì)出現(xiàn)問題。
在某些情況下，只在噴射底之上的稀區(qū)才增加或保持高顆粒濃度。在這種情況下，例如可防止繞熱氣噴嘴形成柱環(huán)，而且又不會(huì)增加經(jīng)過冷卻器的固體物流。另一方面，可能存在的熔融和冷凝物料也可基本上繞所說粗物料收集起來。循環(huán)流化床物流用更細(xì)粒料保持。通過調(diào)節(jié)循環(huán)氣流，可調(diào)節(jié)經(jīng)過與循環(huán)流化床物流相連的換熱器的物流，這時(shí)冷卻器的換熱能力亦可調(diào)。因?yàn)橐粶p少循環(huán)氣流，相當(dāng)一部分顆粒在冷卻器之噴嘴底保持流化狀態(tài)，調(diào)節(jié)循環(huán)氣流的影響是迅速而有效的。另一種調(diào)節(jié)換熱效果的方式是增加或減少冷卻器中循環(huán)流化床物料量。
應(yīng)注意到，上述及附圖僅為舉例，本發(fā)明絕不僅限于此。
權(quán)利要求
1.循環(huán)流化床技術(shù)冷卻氣體的方法，其中將氣體送過循環(huán)流化床物料形成的流化床，這樣部分循環(huán)流化床物料隨氣流流動(dòng)并進(jìn)而將夾帶在氣流中的循環(huán)流化床物料與氣流分開并返回流化床，并且通過冷卻待返回循環(huán)流化床物料而實(shí)現(xiàn)至少部分冷卻，其特征是通過在獨(dú)立于氣流管的換熱器(10)中用不同于循環(huán)流化床物料的冷卻介質(zhì)冷卻待返回循環(huán)流化床物料而實(shí)現(xiàn)基本上完全冷卻，其中氣流的冷卻是用返回到流化床中且溫度比流化床低的循環(huán)流化床物流進(jìn)行的。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征是通過控制流經(jīng)設(shè)在流化床空間底部的流化噴嘴(13)的氣流而調(diào)節(jié)循環(huán)流化床物流，并且熱氣經(jīng)獨(dú)立于流化噴嘴且截面更大的噴嘴(3)送入冷卻器。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征是循環(huán)流化床物流用繞熱氣流而環(huán)狀提供且溫度低于熱氣流溫度的氣流調(diào)節(jié)。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，其特征是流化床顆粒懸浮體由具有兩種粗度的粒料構(gòu)成，其中足夠稠的流化態(tài)顆粒懸浮體由較粗的粒料維持，而冷卻所要求的循環(huán)流化床物料流由較細(xì)的粒料維持。
5.冷卻氣體的循環(huán)流化床冷卻器，其中包括將待冷卻氣送入冷卻器的裝置，冷卻氣排氣管，在冷卻器下部形成流化床并隨氣體流到排氣管的粒狀循環(huán)流化床物料，將循環(huán)流化床物料返回流化床的至少一根返回管和將氣流和循環(huán)流化床物料冷卻的至少一個(gè)冷卻構(gòu)件，其特征是其中包括換熱器(10)作冷卻構(gòu)件，其中通過冷卻介質(zhì)，將循環(huán)流化床物料返送入流化床的所有返回管經(jīng)過換熱器以使返回的循環(huán)流化床物料在換熱器中獨(dú)立于冷卻介質(zhì)冷卻，在冷卻器下部設(shè)開孔封閉空間，其中返回的循環(huán)流化床物料連續(xù)形成塞狀層，從而避免氣流經(jīng)返回管而進(jìn)入排氣管。
6.權(quán)利要求5的冷卻器，其特征是在其上端設(shè)旋風(fēng)分離室(9)，用以將循環(huán)流化床物料與氣體分開，排氣管基本上置于旋風(fēng)分離室中心，在旋風(fēng)分離室下設(shè)循環(huán)流化床物料分布室(15)，旋風(fēng)分離室(9)和分布室(15)由中間板(8)分開，并且在分布室(15)下設(shè)換熱器(10)。
7.權(quán)利要求5或6的冷卻器，其特征是在換熱器(10)下端的封閉空間包括基本上與換熱器對稱設(shè)置的錐嘴(14)。
8.權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)的冷卻器，其特征是冷卻器為圓形截面且旋風(fēng)分離室(9)和換熱器(10)旋轉(zhuǎn)對稱設(shè)在冷卻器中以圍繞換熱器(10)形成待冷卻氣的基本上環(huán)狀流道管，其中循環(huán)流化床物料經(jīng)換熱器(10)基本上返回到冷卻器下部的流化床中心。
9.上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的冷卻器，其特征是冷卻器的噴射底板包括單獨(dú)的循環(huán)氣嘴(13)，用以將循環(huán)氣送入冷卻器，以及單獨(dú)的熱氣嘴(3)，用以將待冷卻熱氣送入冷卻器。
10.上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的冷卻器，其特征是噴射底板包括導(dǎo)送繞熱氣嘴(3)出來的熱氣流的環(huán)狀循環(huán)氣流的管。
全文摘要
本發(fā)明涉及循環(huán)流化床技術(shù)冷卻氣體的方法，其中氣體送過循環(huán)流化床物料形成的流化床以及部分循環(huán)流化床物料隨氣流流動(dòng)并使氣流中夾帶的循環(huán)流化床物料與氣流分離后返回流化床且通過冷卻待返回循環(huán)流化床物流而實(shí)現(xiàn)至少部分冷卻。該法特征是在獨(dú)立于氣流管的換熱器(10)中冷卻待返回循環(huán)流化床物料而實(shí)現(xiàn)完全冷卻。其中氣流的冷卻用返回流化床且溫度低于流化床溫度的循環(huán)流化床物流進(jìn)行。
文檔編號B01J8/44GK1064149SQ9210044
公開日1992年9月2日 申請日期1992年1月24日 優(yōu)先權(quán)日1991年2月14日
發(fā)明者S·勞圖 申請人:坦佩拉動(dòng)力股份公司