用于流化床系统的流化与冷却喷嘴技术方案

一种流化床系统，其中在一个筒体中安装的孔板用来支承颗粒材料。板上安装喷嘴，用来接受空气和水并将空气和水引入到颗粒材料中使之流化和冷却。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种流化床系统以及其中所用的喷嘴，特别是关于这样一种流化床系统颗粒材料床层位于一闭合的空间中，通过多个喷嘴将空气和水引入床层实现流化和冷却。流化床反应器如气化器、蒸汽发生器、燃烧器等等，是人们所熟知的。在这些设置中，压缩空气或其它流化介质经多个喷嘴通入由颗粒材料床层，这些颗粒材料包括矿物燃料如煤，以及一种吸附因煤燃烧而生成的硫的吸附剂，通入的流化介质使床层流化，并促进煤在较低温度下的燃烧。被气体携带的固体颗粒通常在床层外部分离并返回到床层中。流化床所产生的热量可用于各种用途，例如发生蒸汽，由此将高热量的释放、高含量硫的吸附、低含量氧化氮的排放、以及燃料的灵活多变性等合理地结合在一起。但是，流化床反应器需要对若干参数仔细进行控制，其中包括对粒度分布的控制，以避免反应器中较细颗粒的体积增加到不可接受的过高的水平。同样，床层温度也必须加以控制，以避免产生不利的温度大幅度波动，以及床层中物料的结块。颗粒大小分布常是通过除去反应器中的较细颗粒而得以控制的，这些细粉在第二个(secondary)流化层中用空气流汽提，然后循环返回到反应器中。这一技术的一个例子见美国专利U.S.P.4，828，912中所公开的技术，该专利已转让给本专利技术的受让人。第二个流化床同时可起冷却的作用，并常常被称为“冷提器/冷却器”。位置接近反应器加热炉部分的汽提器/冷却器可以起到两种作用排出的细粉部分的颗粒材料的循环，以及排出的但不能循环的颗粒材料上热量的转移。在这一类型的设置中，汽提器/冷却器通过排出管从加热炉段接收颗粒材料，空气压入汽提器/冷却器的第一段以汽提或携带颗粒材料的部分细粉，这些细粉再返回到加热炉部分。剩余的汽提器/冷却器中的颗粒材料通常经过冷却器段，通过水/蒸汽在它从体系中排出之前与之进行热交换，或用空气吹过进行热交换，以移去其热量。如果用空气来除去不能循环的颗粒材料上的热量，则该空气常返回到加热炉部分，作为预热并支持燃烧的空气。然而，在某些情况下，例如所用的燃料可产生过量的较细的灰份，或使用硫含量较高的燃料不得不应用较大量的颗粒较细的吸附剂时，较细的颗粒材料在汽提器/冷却器中汽提后返回加热炉部份增加了加热炉部分的细粉体积，或使炉子上部载荷增加到一个不可接受的高水平。炉子上部载荷过高需要较大且较昂贵的汽提器/冷却器和分离器，和/或要求炉子在一低的化学计量条件下操作，这将是低效率的。如果在流提器/冷却器的冷却器段用空气吹过的方法来冷却颗粒材料，则炉子上部载荷的情况变得更糟。为达到高的冷却速率，冷却器部分的空气速度和流量必须较高。高的气体速度和流量将携带较大量的颗粒材料，如果这部分空气用作支持燃烧的空气，则细粉返回到炉子部分的体积更大，进一步增加了炉子的上部载荷。使情况变得更为复杂的是，汽提器/冷却器中未烧尽的炭的燃烧造成的较高的温度易使颗粒材料烧结，为防止这一点，冷却器部分又要求较高的空气速度。将汽提器/冷却器扩大的方法无助于解决这一问题，因为用于汽提器/冷却器的助燃空气量过大，以致进行合理的过程控制所要求的空气量便不足够。因而，迫切需要改进流化床反应器和汽提器/冷却器的温度控制。因此本专利技术的一个目的在于提供一种床层材料直接用冷却流体冷却的流化床系统。本专利技术的另一个目的是提供一种带有用于冷却流体在床层材料中雾化和分配的多个雾化喷嘴的上述类型系统。本专利技术的再一个目的是提供一种可减少温度大幅度波动的上述类型系统。本专利技术的还有一个目的是提供一种能使处理能力增加的上述类型系统。本专利技术的第五个目的是提供一种可防止结块形成的上述类型的流化床系统。本专利技术的第六个目的是提供一种用于流化和冷却流化床系统中床层材料的雾化喷嘴。因此，本专利技术的目的之一是提供上述类型的雾化喷嘴，通过此喷嘴将冷却流体从送气系统引入包含颗粒材料床层的容器或筒体中，使颗粒材料流化冷却。为完成这些和其它一些目的，本专利技术的流化床系统中还包括一种分布板，用来支承待燃烧和冷却的颗粒材料床层。分布板上安装多个喷嘴，将位于分布板下的送气系统的空气送入并分布到床层中。冷却流体也与空气一起经喷嘴引入床层，使颗粒材料流化并冷却。参考下文中本专利技术的优选的、但仅仅是用于说明的实例，并结合附图，可更充分地理解上面的简述以及本专利技术的目的，特点，及优点。附图简要说明附图说明图1为流化床反应器的纵向截面图，显示了本专利技术的多个喷嘴;图2为图1中喷嘴放大后的纵向截面图，为清晰起见略去了其中的床层材料;图3为按图2中3-3线所取的横截面图;图4与图2相类似的视图，所示的是图2中喷嘴的一种替代形式;图5为应用本专利技术喷嘴的流化床汽提器/冷却器示意图。本专利技术的流化床反应器如图1所示，其中包括筒体，它是由前壁12、后壁14、和二个侧壁所构成，其中之一用标号16表示。每一内壁可以由多个间隔而平行的纵向伸展的管18构成，相互之间由多个纵向伸展并与管18等长的翅片20按一般的方式与径向相对的管的表面相连接。为图示方便起见，筒体10的上部未予显示，应该理解的是按常规方式应具有一个对流段，一个顶罩，和一个使燃烧气体排出的出口。颗粒材料床层一般由22所示，位于筒体10之内且置于孔板或栅24之上，该板或栅以水平位置安装在筒体的下部。床层22可由不同颗粒的混合物构成，如作为固体燃料的沥青煤和作为吸附剂的石灰石，后者吸附燃料燃烧时释放的硫。空气送气室(plenun)26直接位于板24之下，入口导管26a是用来将外部压缩气源(未图示)如空气，经一组调节风门28的控制进入到送气室中。床层之上的加料器29穿过前壁12将来自入口导管或类似设施(未图示)的颗粒煤加入到床层22的顶面。加料器29可以以重力操作，也可以是散布型进料器(spreader-typefeeder)或其它任何类似设置形式。可以理解的是吸附剂的加料也需要一个加料器，其结构与安置的方式和进料器29相似。排出管30穿过后壁14，其入口端部分为30a，位于筒体10的内部与床层22的下部相接触。管30用来接收废的床层材料，使之从筒体10输送到流化床汽提器冷却器、螺旋冷却器、和传送带等等(未图示)。这一排料可以依靠重力也可以借助于空气。床层点火器32用来在按常规方式起动后使床层初始点火。可以理解的是为此目的还可以在导管26a中设置另一个点火器(未图示)。一对水平管座(headers)34a在流体的流动方向上与管18相接，分别构成前壁12与后壁14。另一水平管座34b在流体流动方向上与管18相接形成侧壁16。可以理解的是类似的管座可用来连接另一侧壁的两端与壁12和14的上端。其结果是，待加热的流体可以先后或同时通过壁12、14和16，以常规方式从流化床取出热量。多个喷嘴中的每一个都可用36表示。喷嘴穿过板24上的开孔并由该板支承。送气室26中的空气先进入每一喷嘴36的下端，向上经过喷嘴，从其水平喷射口喷出而进入床层22。一部分喷嘴36与流体管线40相连接，如图中所示的两个喷嘴。每一管线40从筒体10下部穿过送气室26然后与相应的喷嘴相接，以便用来喷射流体，下文将进一步述及。与每一管线40相连接的阀42用来控制流体流向相应的喷嘴36的流量。喷嘴的详图见图2和3。每一个喷嘴36都穿过板24相应的开孔，位于板24下方的是外部带有螺纹的垂直部分36a，用来从送本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流化床系统，包括：一个筒体；将颗粒材料引入所述筒体的设施；安装在筒体内用来支承所述颗粒材料的板；在所述的板下方用来容置气体的送气室；安装在板上用来从送气室输送空气的多个喷嘴；与所述的每一个喷嘴结合的将冷却流体供给喷嘴并与所述空气混合的设施；所述的喷嘴将所述的空气和流体引入颗粒材料使之流化和冷却。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：伊伯尔法扎里巴斯阿布杜拉里，
申请(专利权)人：福斯特惠勒能源公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]