CN1021479C - 流化床反应器及将流体送入反应器的方法 - Google Patents

Abstract

一种流化床反应器，为了使流体(如液体、气体或悬浮燃料中的细小固体颗粒)输入反应室采用了流体导管。上述流体导管从侧壁水平延伸并基本上垂直于侧壁进入反应室。流体导管装在高于流化气体喷嘴之上(如高于100-1000毫米)，其喷嘴装在反应室的底部。一个竖直部件覆盖上述流体导管，该部件最好用耐火材料制作。

Description

本发明涉及一种流化床反应器及将流体送进流化器的方法。

本发明的流化床反应器，它包括一个反应室，反应室具有大致垂直的侧壁，它横向限定了流化态粒子床，该反应器还包括一个气体分布板，通过气体分布板初级气被输进反应室。该反应室具有一个用于输入粒子床物料的入口，在该反应室的上部还具有一个排气用的出口。

在流化床反应器中，粒子床物料的一部分可由反应器中将要处理的物料形成，换句话说，物料可以是惰性的，或是参加反应过程的，或是参加反应器加热过程的。该颗粒物料被初级气流化，上述初级气是通过装在气体分布板上的气体分布装置供给的。该气体分布板还具有一个粒子床物料支承构件。

采用的流化介质，如该床物料可以是惰性的或是参加将要进行反应过程的，或是参加加热过程的。

目前所用的流化床反应器用于许多不同的目的，如用于燃烧过程，气化过程以及化学的和冶金过程。因为流化床反应器可以使得在一种气体和另一种要处理的固体，液体或气态物料之间产生有效的接触，获得一个高反应效率使温度均匀并获得良好的工艺可控性。无论如何，反应器越大，保持稳定的工作状态和在转换工作状态下控制反应器就越困难。在较大的反应器中，在贯穿反应室的所有横截面实现流体的均匀分布和/或颗粒物料的均布特别困难。流体的不均匀分布会引起一系列问题。

在燃烧过程中，所有的颗粒、液体的或气体的燃料或者它们的混合物，可以在流体床反应器中燃烧。该燃料，如以净化气体为目的附加物或其它化学反应用的附加物一般通过侧壁上的喷嘴或通过在气体分布板中的喷嘴导入。

流体燃料如油一般通过油喷枪（Lances）导入，它装在离该气体分布之上大约0.5米的侧壁开孔处，油与作为分布介质用的压缩空气一起喷入，一般能进入反应室大约1米处。在大反应器中，侧壁和反应室中心之间的距离大于油进入该床的距离，这样油的分布将是一个不安全因素。

采用经过油枪增加供油的方法不能解决上述问题，因为为了预防过热和床颗粒的烧结特别是在紧靠供油位置处，供油量有大约500公斤/小时的限制，例如，能量密度（the energy density）一般应该低于7500千焦耳/米²。当分布其它流体燃料或反应物进入大的流化床反应器中时，会出现类似的问题。

现在公知的流体燃料喷嘴排列装置如美国专利4165040所述，它包括带有一种流体燃料喷枪和一种流化气体喷嘴的组合，这些组合被均匀分布在一个分布板上。该燃料喷嘴在环绕燃料喷嘴的套管上具有流体气体的入口装置。这种排列布置使流体燃料雾化，如可以提供一种均布的油和初级气一起进入一个燃烧室。

这里存在一个维修服务的问题，诸喷嘴在一种高温和高应力环境下工作，这会造成这些燃料喷嘴的堵塞，因而需要周期性的检查燃料喷嘴，并且更换已坏的喷嘴，以保证燃料在反应器中的均匀燃烧。在负载变化时压力差超过喷嘴负荷，堵塞的事故常常会发生。在工作状态下，在一个栅格板上清洗喷嘴是非常复杂的。或是必须 采用将整个***关闭来清洗，或是相当复杂地更换喷嘴装置。

美国专利4259088公开了种在流化床反应设备中的流体燃料分布装置，按照该发明，流体燃料穿过一个水平管路被导入，该管路埋在非流化态粒子床物料中。这个笔直的流体管路甚至在设备工作情况下也是易于清洗的。管路的终端进入非流化态粒子床物料的低凹处，在该低凹处粒子床物粒被流化。该装置需要在气体分布板上至少两个不同高度的燃气分布喷嘴，以便在非流化态的和流化态的粒子床材料之间形成一个轮廓相交的表面。位于颗粒材料非流化态层上面的喷嘴不得不远离高出侧壁上喷嘴的位置。另外，为了在反应器的较高位置的横截面上获得一个均匀空气的供应，不同的燃气喷嘴不得不具有不同的开口尺寸，这是一个复杂的结构。

上述低凹部分或低处是相对小的，最好在5-6英寸深。引导油或流化态气体进入这些有限的区域会产生烧结的大事故。在相对窄的区域内得到喷嘴的均匀分布是困难的。不均布的喷嘴使颗粒的物化态不均匀。更进一步地讲，油可以使在该凹处的床层颗粒变湿，使它们互相粘附形成较大的非流化态颗粒。还有当燃料和空气喷嘴排列得太近时也有温度升得过高的事故。当安排这种非流化态颗粒覆盖流体管路时，该流体喷嘴几乎不能排在空气喷嘴之上较高的水平处。在栅格板之上高水平处需要非常大量的非流化床层颗粒保护管路，这大量的颗粒侧需要一个很结实的支承板，很厚的非流化态颗粒将导致在非流化层中有很深的不合适的凹陷。

在法国专利50860中公开了一种流化床反应器，其反应室被一个夹壁分成两个单独的流化应部分，夹壁是用水管排成的。通过一个管子颗粒燃料被送入两个分室，该管子装在两室之间的夹壁中。 该燃料***不容易清洗，并且没有提供一个贯穿该反应室横截面的燃料的均匀分布。

本发明的一个目的在于提供一种在反应器所有横截面中均匀输入和分布燃料的大型流化床反应器，它可以把燃料送到反应器里距其侧壁远近不同的各处。并且按照本发明，一种均布流体燃料或反应物进入较大尺寸的流化床的床反应器中，是通过一个安全可靠和容易清洗的流体输入装置而完成的。采用了本发明，因流体分布而导致颗粒物料烧结的事故减少到最小程度。

本发明的另一个目的在于提供一种将流体燃料均匀地送进反应器的方法。

按照本发明的观点。所提供的一处流化床反应器，其中进入反应器的初级燃气是被分流的，最好穿过在底盘中的分布喷嘴来分流，如气体分配板，该喷嘴在底盘上或在距底盘表面的一很小距离位置上具有燃气输出开口。初级燃气最好以一个大致上不变的距离从底盘越过该反应室的所有横截面而进入反应室。如果必要的话，可以在这部分排列几种不同分布的导管。

流体供给装置被安装在反应室内高于初极燃气分布器位置的一定距离处。该流体供给装置包括一个连接于流体入口的流体导管，该入口在一个侧壁上。上述流体导管最好水平沿伸进入反应室的中部，以便靠反应室周边（如壁）喷出的流体对距侧壁甚远的中部位置进行流体分布。该流体导管的出口端可以距侧壁大于1000毫米，大约在高于初级气分布板100-1000毫米的高度（如最好高于初级气导入位置大约300-600毫米）。

该流体导管装在底盘上的竖直部件里，该部件在反应室中保护导管，防止被腐蚀和损坏。覆盖流体导管的部件最好从侧壁到反应室的中部大致上沿导管全长沿伸，该部件可以把流化床较低的部分 分成若干区。流体出口也可直接配置在侧壁上以便在侧壁附近分布流体。

上述竖直部件是为了允许流体导管穿过，它最好为100至400毫米宽，最好大于1000毫米长，其长度取决于反应室相对侧壁的距离。可以有多个流体导管竖直部件***伸入反应室内不同距离处，以确保流体在反应室的所有横截面上的均匀分布。该竖直部件可以有例如距离底盘大约200-1100毫米的高度。该部件最好采用一种耐火材料或其它适用的材料，以承受在反应室内的热腐蚀。该部件通常厚到足以容纳流体管路，并且为了反应室里热的定量传播，该部件与导管是绝热的。

本发明提供一种用来将流体导入流体床反应器的简单结构。本发明可以被用于如采用液体燃料的流体床燃烧器，如油或细小颗粒悬浮液燃料，如悬浮在水和蒸汽中的煤。一个油枪可以被装在一个竖直部分的油和初级气不能互相干挠的高度上。本发明也能用于引导如以净化气体为目的含附加物的悬浮液进入燃烧器。不同种的可泵送的流体如可燃液体或气体、煤/水泥浆或吸着剂如石灰石或白云石，应用本发明可以把它均匀分布地送入流化床反应器。

按照本发明，可以获得以下优点：

-更有效的流体分布和因此使流体进入较大尺寸的流化床反应器时使流体混合得更好。

-把局部过热和颗粒烧结事故减少到最小程度。

-易于清洗流体供应装置，以及

-在反应器中不需要在不同位置上用不同类型的燃气喷嘴。

附图说明

本发明参照附图将进一步详述，其中：

附图1是本发明反应器实施例的垂直剖视图。

附图2是沿附图1A-A的水平剖视图。

附图3是附图1反应器的竖直部件的放大端视图。

在附图1中显示流化床燃烧器1的下半部分，它具有燃烧室2，带有基本上垂直的侧壁3，它横向限定了颗粒材料流化床，流化床燃烧室的侧壁一般是管形壁，如隔板壁，在燃烧室的下部侧壁衬有耐火材料，以便在受热和强腐蚀状态下受损害最小。颗粒床物料通过一个入口4进入燃烧室，该物料可由惰性材料组成如沙子和/或颗粒燃料，如果这种燃料在燃烧室内是可燃烧的话。另外，颗粒附加物如以净化气体为目的CaO或Ca（OH）₂可以通过入口5加入该燃烧室。

在燃烧室内的颗粒物料被初级气流态化，该初级气是从一个燃烧室下面的空气室或风箱6导入的。一个底盘7（气体分布板）安装在该燃烧2和空气室6之间。空气喷嘴8装在该气体分布板7的开孔里，以便将空气从空气室6导入燃烧室2。为了使在燃烧室2内的颗粒材料流态化，空气以足够大的速度输入。该空气也为燃烧过程提供了氧气。所有的空气喷嘴8在高于底盘7的一个大致为常量的水平上分布空气。

除去空气之外的其它适用的燃气可用作初级流化气体，如惰性气体或在反应室2内参加化学反应的气体。为了氧化目的可采用富集氧的空气。如果需要二级燃气，可以通过喷嘴9将其导入反应室2的较高部分。

在底盘7上，一个灰渣出口10是用于从反应器中排出灰渣和最 终排出其他颗粒。

竖直部件11安装在底盘7上，它从侧壁3的一面向燃烧室内延伸。竖直部件11从底盘向上延伸进入一个明显高于空气喷嘴的位置，如高于初级气入口200至1100毫米。该部件11用耐火材料制成（如陶瓷或耐火砖），或用其它材料但它要经得起在流化床1下部的不利环境。部件11可以被支撑件17加强（如金属板）。

流体导管如油枪，通过开孔13穿透侧壁3并通过一个竖直部件11的内部到反应室2的内部区域。流体燃料14如油通过导管12和分配空气15一起被输入燃烧室，用在这个装置里的燃料是一种液体，气体或甚至是一种可泵送的细小固体悬浮液，或者是上述物质的任意混合物。导管12也可以导入其它流体，如反应剂、天然气，快速挥发性燃气或反应物，细分气化木炭，不燃烧的飘尘，或用于净化气体为目的的不同种类的吸附剂。流体通过喷嘴16进入燃室2。为了使流体分布在燃烧室的整个横截面上，将流体管路排列成如附图2所示，以确保流体的均匀分布。油枪组最好用大于0.5米²/枪的流体分布容量（a pluid distribution capability）。

可以采用不同长度的导管12，以便流体均匀分布。并且安装在侧壁上的流体喷嘴18可以使流体紧靠反应器2的侧壁3分布。

各流体导管12可以安装在同一侧壁3上，替代被连接于所有的四个侧壁的导管，如若从反应器的一侧控制空气和流体的供给更方便的话。这当然使一部分不得不多经过一半路程进入反应器1。

另外，按照本发明，提供了一种供应燃料进入流化床反应器的方法，该方法包括步骤（a）通过一个气体分布板把在一个大致不变的水平上的一种初级气（例如空气）送入反应室;（b）在显著高于初级 气进入反应器水平的位置上，将流体直接输入反应室的中心部分。流体最好在高于初级气体输入水平为100至1000毫米距离之间（如300-600）的水平上分布。当反应器是燃烧器时，流体最好是流体燃料，在燃烧过程开始时初级气是含氧的燃气。对于在反应器内的燃烧过程，流体燃料可以是主要的燃料或者它可以是反用于燃烧过程开始时的辅助的燃料，在步骤（b）中可以将流体送入反应器侧壁附近，并且也可以通过装于气体分布板上的耐火部分的一个或多个流体导管，使流体从一边的侧壁被送入反应器内的一段距离处。

本发明不倾向于将任何实施限制在上述实施例所涉及的流化床反应器中油的分布的范围内，但是，不脱离如权利要求所述的本发明的范围和原理的不同的模型及应用是允许的，本发明将按照权利要求的最宽的范围解释，以便包含所有设备和工艺。

Claims (19)

1、一种流化床反应器，包括：

一个反应室，具有用于横向限定流化床颗粒材料的侧壁，侧壁大体是垂直的；

一个安装于反应室的气体分布板；

在气体分布板上的一种多喷嘴装置，通过所述的气体分布板将足够速度的流化气体送入反应室，以使颗粒物料流态化；

其特征在于：

在高于上述气体分布板的水平上供应流体进入上述反应室的装置，所述的流体供应装置至少包括一个流体导管，该导管在高于所述多个流化气体供应喷嘴装置100-1000毫米之间的一个位置上，从一侧壁或上述分布板上的一个喷嘴上的开孔延伸到所述反应室；

用于基本上覆盖导管全长的装置，所述的覆盖装置包括一个安装在所述气体分布板上的细长的竖直部件，它从一个侧壁基本上垂直地延伸进入所述的燃烧室。

2、一种根据权利要求1所述的反应器，其特征在于多个流体导管在所述的反应室整个横截面上均匀分布地装在所述的反应室里。

3、根据权利要求2所述的反应器，其特征在于不同长度的流体导管配置在所述的反应室里。

4、根据权利要求1所述的反应器，其特征在于覆盖装置由耐火材料制成。

5、根据权利要求4所述的反应器，其特征在于覆盖装置用支撑物加强。

6、根据权利要求1所述的反应器，其特征在于竖直部件的宽度介于100-400毫米之间。

7、根据权利要求1所述的反应器，其特征在于竖直部件长度大于1000毫米。

8、根据权利要求1所述的反应器，其特征在于竖直部件延伸的高度在高于底盘的200-1100毫米之间。

9、根据权利要求1所述的反应器，其特征在于每个流体导管在初级气体输入水平之上300-600毫米之间的高度上延伸。

10、根据权利要求1所述的反应器，其特征在于所述的流体导管供给流体燃料如油、燃料气或煤/水稀浆使其进入一个为了燃料燃烧的流化床反应器内的一个燃烧室的中心处，上述流体导管可装在一个竖直部分的油和初级气体不能互相干扰的高度上。

11、根据权利要求10所述的反应器，其特征在于所述的流体导管是油枪。

12、根据权利要求10所述的反应器，其特征在于多个流体燃料导管在一个高于初级氧化气体输入水平的高度上装于所述的燃烧室上。

13、一种将流体送入一个流化床反应器的方法，所述的反应器具有一个反应室;所述的反应室具有垂直的侧壁和一个装在反应室底部的一个气体分布板，氧化气体作为流化气体在一个大致不变的水平面上通过所述的气体分布板被送入所述的反应器，其特征在于：

流体在高于气体分布板的水平，通过流体供应装置大致均匀地被分布送入所述反应室的一个中心部分，所述的流体供应装置至少包括一个流体导管，该导管在高于所述多个流化气体供应喷嘴装置100-1000毫米之间的一个位置上，从一侧壁或上述分布板的一个喷嘴上的开孔延伸到所述反应室;

导管全长基本上被覆盖装置所覆盖，所述的覆盖装置包括一个安装在所述气体分布板上的细长的竖直部件，它从一个侧壁基本上垂直地延伸进入燃烧室。

14、根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述的初级气体是空气。

15、根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述流体是流体燃料并且该流体燃料由在反应室燃烧过程中的主要燃料构成。

16、根据权利要求13所述的方法，其特征在于所述的流体是流体燃料并且它用作反应室内开始燃料的辅助燃料。

17、根据权利要求13所述的方法，其特征在于流体是在一个高于输入所述的初级气体水平300-600毫米之间的一个平面上分布的。

18、根据权利要求13所述的方法，其特征在于流体分布在高于输入所述初级气体100-1000毫米的水平上。

19、根据权利要求13所述的方法，其特征在于每个流体导管具有大于0.5m²的流体的分布容量。

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