專利名稱：流化床反應器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種流化床反應器。更具體地，本發(fā)明涉及一種具有如下用途的流化床反應器，該反應器可用于均勻地氧化-即燃燒或氣化含可燃性物質和不燃性物質的固體物質如工業(yè)廢物、城市廢物或煤，還可用于穩(wěn)定地從氧化的可燃性物質回收熱能的同時平穩(wěn)地排放不燃性物質。
隨著經濟的發(fā)展，在日本因經濟活動而產生的普通廢物每年以3-4％的速率增長，達到每年5000萬噸的量。分析研究表明這種普通廢物的82％為可燃性物質，相當于720萬噸油。
工業(yè)廢物逐年增加。因而，迄今一直作為不適于燃燒的物質處理而填在溝壕中的包括不燃性物質的塑料，由于可用于處理這種塑料的區(qū)域有限，未來將不得不焚燒。包括廢油和廢塑料的可燃性工業(yè)廢物每年共達1700萬噸，由于它們可產生3000kcal/kg的熱量，所以應作為燃料而不是作為廢物處理。
然而，由于可燃性固體物質的性質和結構差異很大且含有大量不確定形狀的不燃性物質與之混合，因而難以穩(wěn)定地燃燒可燃性固體物質以利用其能量。因此，還未實現(xiàn)有效利用可從普通和工業(yè)廢物回收的能量。
為有效地利用可從普通和工業(yè)廢物回收的能量，已開發(fā)了各種用于通過氧化包括氣化和焚化從普通和工業(yè)廢物回收熱能的系統(tǒng)。所開發(fā)的這些系統(tǒng)中，有流化床焚燒爐或流化床鍋爐，期望其成為能通過均勻地燃燒含有可燃性物質和不燃性物質的固體物質穩(wěn)定地回收熱能同時平穩(wěn)地排放不燃性物質的系統(tǒng)。然而，這種流化床焚燒爐或流化床鍋爐因以下原因存在缺陷當廢物在鼓泡式流化床中燃燒時，由于固體顆粒僅垂直流動而不能充分地分散在鼓泡式流化床中，所以廢物不能均勻且穩(wěn)定地燃燒。比重大于流化介質的不燃性物質在很寬的范圍內沉積在爐底。結果，難以從爐中排放此不燃性物質，焚燒爐或鍋爐不能在穩(wěn)定的條件下操作。
為解決簡單鼓泡式流化床的上述問題，最近已提出用于在濃縮流化床中產生循環(huán)流動的系統(tǒng)，其流化介質具有可變的流化速度從而混合和分散要被焚燒的固體物質以穩(wěn)定燃燒。
由所提出的此系統(tǒng)焚燒的固體物質包括各種物質如廢輪胎。燃燒廢輪胎時產生的金屬絲形不燃性物質趨于沉積于流化床底并易與換熱器管纏住，因而流化介質的流化不能平穩(wěn)地進行，導致燃燒爐不能正常工作。迄今還沒有有效的焚燒方法可用于包括金屬絲形不燃性物質的工業(yè)廢物如廢輪胎。
為焚燒廢物，必須減少廢物燃燒時產生的NOx和其它有毒物質，以防止熱能回收裝置在還原氣氛下被腐蝕，和平穩(wěn)地排放不燃性物質。然而，現(xiàn)有技術中還沒有能滿足上述所有要求的設備。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種流化床反應器，其能夠均勻地氧化-即燃燒或氣化含有可燃性物質和不燃性物質的固體物質，穩(wěn)定地從氧化的可燃性物質中回收熱能，同時平穩(wěn)地排放各種不燃性物質如金屬絲。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用于在有流化介質的流化床爐中氧化含不燃性物質的可燃性物質的流化床反應器，包括多個設置在流化床爐底部的流化氣擴散裝置，用于提供流化氣和給流化床爐的流化床中的流化介質賦予不同的流化速度，以在流化介質的流化速度大體上高的流化區(qū)中形成流化介質的上升流和在流化介質的流化速度大體上低的流化區(qū)中形成流化介質的下降流；和設置在流化介質的流化速度大體上低的流化區(qū)中的板式熱能回收裝置，所述板式熱能回收裝置有垂直延伸的熱回收表面。
根據(jù)本發(fā)明，在流化床爐底部設有用于給流化介質賦予大體上相對低流化速度的第一擴散器板，和用于給流化介質賦予大體上相對高流化速度的第二擴散器板。在第一和第二擴散器板之下分別設有流化氣室。流化器通過連接管加入流化氣室。流化氣室中的流化氣通過設在第一擴散器板中的若干噴嘴以相對低的流化氣速率供入流化床爐，從而在第一擴散板之上形成流化介質的弱流化區(qū)。流化氣室中的流化氣通過設在第二擴散板中的若干噴嘴以相對高的流化氣速率供入流化床爐，從而在第二擴散板之上形成流化介質的強流化區(qū)。優(yōu)選用空氣、除去氮氣的空氣、富氧空氣、氧氣、水蒸汽和至少兩種上述氣體的混合物作為流化氣。也可用任何其它氣體作流化氣。
在弱流化區(qū)中，形成流化介質的下降流，而在強流化區(qū)中，形成流化介質的上升流。結果，在流化床中產生循環(huán)流，其中流化介質在強流化區(qū)中向上移動而在弱流化區(qū)中向下移動。如此，在流化床爐中交替地形成許多強流化區(qū)和弱流化區(qū)，和在流化介質的弱流化區(qū)中設置一板式換熱器設備。
可燃性物質供入其中未安裝板式換熱器設備的弱流化區(qū)，可燃性物質在有少量氧的還原氣氛下燃燒，而被流化介質的循環(huán)流所吞沒。然后可燃性物質與循環(huán)流一起移入流化介質的強流化區(qū)，并在流化介質的強流化區(qū)中的氧化氣氛下充分燃燒。其后，已被加熱至高溫的流化介質與后面的循環(huán)流一起向相鄰的弱流化區(qū)移動，在此流化介質與下降流一起下降，并將熱量傳遞給安裝在弱流化區(qū)中的板式換熱器設備。由于其中可燃性物質已在強流化區(qū)中充分地燃燒的流化介質流入弱流化區(qū)，所以裝有板式換熱器的弱流化區(qū)有氧化氣氛。因而，板式換熱器不會在還原氣氛中腐蝕。由于板式換熱器安裝在弱流化區(qū)，所以磨損較小。
由于換熱器有板式形狀，所以包含中進料固體物質中且可為金屬絲形式的不燃性物質不易與換熱器纏住。因而流化床爐可無故障地連續(xù)操作。
板式換熱器包括許多依次相互平行延伸的相鄰傳熱管并由翅片相互連接。傳熱管共同提供一個熱能回收表面。如此構造的板式換熱器可用于傳熱的表面積很大。由于每個傳熱管的長度可相對地較短，所以其中的任何壓力損失相對地較低。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，在裝有換熱器的弱流化區(qū)與強流化區(qū)之間設有分割壁，和在分割壁上下設有連通口以在強流化區(qū)和弱流化區(qū)之間提供連通。分割壁將流化床爐的內部空間分割成裝有換熱器的熱能回收室，和沒有換熱器的主燃燒室。
進一步地，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在流化床爐中交替地提供有許多流化區(qū)，它們分別給流化介質賦予不同的流化速度，和在弱流化區(qū)中裝有板式換熱器，在弱流化區(qū)中給流化介質賦予大體上低的流化速度并產生流化介質的上升流。
進一步地，根據(jù)本發(fā)明的再另一方面，在兩個用于給流化介質賦予大體上低流化速度的流化氣擴散裝置之間設有一個用于給流化介質賦予大體上高流化速度的流化氣擴散裝置，和在弱流化區(qū)之一中設有熱能回收裝置。在用于給流化介質賦予大體上高流化速度的擴散裝置和用于給流化介質賦予大體上低流化速度的擴散裝置之間設有不燃性物質排出口。
根據(jù)以上布置，可燃性物質供入弱流化區(qū)之一，可燃性物質在弱流化區(qū)中的還原氣氛下燃燒，然后在給流化介質賦予相對高流化速度的強流化區(qū)中的氧化氣氛下燃燒?？扇夹晕镔|在這種還原和氧化氣氛的組合中燃燒，從而排放具有改善質量例如NOx減少的排出氣。在另一弱流化區(qū)中設有熱能回收裝置。由于其中可燃性物質已在強流化區(qū)中充分地燃燒的流化介質流入此弱流化區(qū)，所以裝有熱能回收裝置的弱流化區(qū)有氧化氣氛。因而，熱能回收裝置不會在還原氣氛下腐蝕。由于強流化區(qū)和不燃性物質排出口設在可燃性物質入口和熱能回收裝置之間，所以包含在進料固體物質中的不燃性物質在到達熱能回收裝置之前從不燃性物質排出口排出。即使一些不燃性物質偶然到達熱能回收裝置的傳熱表面，由于傳熱表面是平板形的，可以是金屬絲形式的不燃性物質也不易與熱能回收裝置纏住。從而，該不燃性物質被循環(huán)流帶回不燃性物質排出口而由此排出。
本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點將從下面結合附圖的描述中體現(xiàn)，這些附圖通過實例說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的流化床反應器的垂直剖面圖；圖2為沿圖1的線II-II的剖面圖；圖3為沿圖1的線III-III的剖面圖；圖4為根據(jù)第一實施方案的流化床反應器的特殊結構的板式換熱器的側視圖5為以圖4中箭頭V所示方向看板式換熱器的平面圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案的流化床反應器的垂直剖面圖；圖7A為根據(jù)本發(fā)明的第三實施方案的流化床反應器的垂直剖面圖；圖7B為從圖7A中箭頭VIIB所示方向看，根據(jù)第三實施方案的流化床反應器的板式換熱器的平面圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明的第四實施方案的流化床反應器的垂直剖面圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明的第五實施方案的流化床反應器的垂直剖面圖；圖10為根據(jù)本發(fā)明的第六實施方案的流化床反應器的垂直剖面圖；圖11為根據(jù)本發(fā)明的第七實施方案的流化床反應器的垂直剖面圖；圖12為根據(jù)本發(fā)明的第八實施方案的流化床反應器的垂直剖面圖；圖13為根據(jù)本發(fā)明的第九實施方案的流化床反應器的垂直剖面圖；圖14為根據(jù)本發(fā)明的第十實施方案的流化床反應器的垂直剖面圖。
所有圖中由相同或相應的參考數(shù)字代表相同或相應的部分。以下參考圖1-14描述根據(jù)本發(fā)明實施方案的流化床反應器。在下述具體實施中，流化床燃燒設備將作為流化床反應器的一個例子描述。
圖1-5示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的流化床燃燒設備。
如圖1所示，第一實施方案的流化床燃燒設備包括流化床爐1，其中在爐底裝有用于給流化介質賦予大體上低流化速度的第一擴散板2，用于給流化介質賦予大體上高流化速度的第二擴散板3，和用于給流化介質賦予大體上低流化速度的第三擴散板4。第一擴散板2與第二擴散板3相連，第二擴散板3與第三擴散板4水平間隔。不燃性物質排出口28設在第二擴散板3和第三擴散板4之間。第三擴散板4、及第一和第二擴散板2和3朝向不燃性物質排出口28向下傾斜。流化氣室6限定在第一擴散板2之下，流化氣室7限定在第二擴散板3之下，和流化氣室8限定在第三擴散板4之下。連接管9、10和11分別與流化氣室6、7和8相連，用于通過其將流化氣12、13和14引入室6、7和8。在此實施方案中，流化氣12、13和14由空氣組成。
第一擴散板2中設有多個噴嘴15，其與流化氣室6相通并朝向流化介質的流化區(qū)開口。第二擴散板3中設有多個噴嘴16，其與流化氣室7相通并朝向流化介質的流化區(qū)開口。第三擴散板4中設有多個噴嘴17，其與流化氣室8相通并朝向流化介質的流化區(qū)開口。
流化床爐1有向上延伸的多邊形側壁33，因而在平面圖中看時流化床爐1為矩形。
在流化床爐1中，不燃性顆粒如沙子的流化介質被從第一、二和三擴散板2、3和4引入流化床爐1中的流化氣12、13和14向上吹成流化態(tài)，從而在流化床爐1中形成流化床。具體地說，流化氣室6中的流化氣通過設在第一擴散板2中的若干噴嘴15以相對低的流化氣速率加入流化床爐1中，從而在第一擴散板2之上形成流化介質的弱流化區(qū)18。在弱流化區(qū)18中，流化介質產生下降流21。流化氣室8中的流化氣通過設在第三擴散板4中的若干噴嘴17以相對低的流化氣速率加入流化床爐1中，從而在第三擴散板4之上形成流化介質的弱流化區(qū)20。在弱流化區(qū)20中，流化介質產生下降流23。流化氣室7中的流化氣通過設在第二擴散板3中的若干噴嘴16以相對高的流化氣速率加入流化床爐1中，從而在第二擴散板3之上形成流化介質的強流化區(qū)19。在強流化區(qū)19中，流化介質產生上升流22。結果，在流化床中產生兩股循環(huán)流，其中在強流化區(qū)19中流化介質向上移動，在弱流化區(qū)18和20中流化介質向下移動。
用于從流化床回收熱能的熱能回收裝置設置在第三擴散板4之上的弱流化區(qū)20中。熱能回收裝置包括多個水平間隔的平行板式換熱器24(也參見圖2)，每個換熱器垂直延伸。
當可燃性物質27從入口(未示出)向下加入弱流化區(qū)18中時，可燃性物質27與下降流21一起進入弱流化區(qū)18，并在弱流化區(qū)18中的有少量氧的還原氣氛下熱分解和燃燒。然后，可燃性物質27與循環(huán)流一起進入強流化區(qū)19，并在有大量氧的氧化氣氛下充分地燃燒，同時可燃性物質27與強流化區(qū)19中的上升流22一起向上移動?？扇夹晕镔|27在這種還原和氧化氣氛的組合中燃燒，從而排出具有改善質量例如NOx減少的排出氣。在強流化區(qū)19的上部區(qū)域，一部分已加熱至高溫的流化介質轉向弱流化區(qū)20，在此流化介質與下降流23一起下降并將熱量傳遞給板式換熱器24。
流化介質將熱量傳遞給板式換熱器24之后，已下降的流化介質水平指向并循環(huán)回強流化區(qū)19。
如上所述，可燃性物質27在沒有板式換熱器24的弱流化區(qū)18和強流化區(qū)19中通過循環(huán)流動充分地燃燒。然后，已被燃燒物質加熱至高溫的流化介質與循環(huán)流一起進入弱流化區(qū)20，在此流化介質與下降流23一起下降并將熱量傳遞給板式換熱器24。由于其中可燃性物質已在強流化區(qū)19中充分地燃燒的流化介質流入弱流化區(qū)20，所以裝有板式換熱器24的弱流化區(qū)20有氧化氣氛。因而，板式換熱器24不會在還原氣氛中腐蝕。由于板式換熱器24安裝在弱流化區(qū)20中，所以不經受暴露于強流化區(qū)19時所造成的過度磨損。
由于強流化區(qū)19和不燃性物質排出口28設置在可燃性物質入口和板式換熱器24之間，所以包含在進料固體物質中的不燃性物質在到達板式換熱器24之前從不燃性物質排出口28排出。即使一些不燃性物質偶然到達板式換熱器24，由于每個板式換熱器均是平板形的，所以可以是金屬絲形式的不燃性物質也不易與板式換熱器24纏住。因而流化床爐1可無故障地連續(xù)操作。從而，本發(fā)明的流化床爐1可用于燃燒工業(yè)廢物和從工業(yè)廢物如迄今還不能用于回收熱能處理的輪胎中回收熱能。
如圖1和2所示，板式換熱器24在其外端安裝在垂直間隔的上下集管29、29′上，并通過側壁33插入流化床爐1中。限定上集管出口32的上管30與上集管29相連，相反限定下集管入口32′的下管31與下集管29′相連。通常用作回收熱能的介質的飽和水從下集管入口32′加入下集管29′中，該水流過板式換熱器24。該水收集熱量而在板式換熱器24中蒸發(fā)之后，水蒸汽和水的混合物流入上集管29中，并通過上集管出口32排放。
如圖3和4所示，每個板式換熱器24包括一對依次相互平行延伸并由翅片26相互連接的相鄰的傳熱管25和25′。傳熱管25和25′有各自的與上下集管29和29′相連的相對端。如此構造的板式換熱器24可用于傳熱的表面積很大。由于每個傳熱管25和25′的長度可相對較短，所以其中的任何壓力損失較小。如果可用于傳熱的表面積保持不變和用于板式換熱器24的循環(huán)泵有相同的輸出功率，則提供此表面積的板式換熱器24的數(shù)量可大大減少。如圖2和5所示，如此由翅片26相互連接的傳熱管25和25′共同組成一個垂直放置并延伸穿過側壁33的平板結構。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案的流化床燃燒設備。
如圖6所示，第二實施方案的流化床燃燒設備包括流化床爐，裝有中心的第一擴散板2、位于第一擴散板2之外并與之相連的第二擴散板3、和與第二擴散板3水平間隔的第三擴散板4。第一擴散板2有向下傾斜的上表面，在其垂直截面中，在其中心處最高，并朝向第二擴散板3逐漸降低。流化床爐1有向上延伸的多邊形或圓筒形垂直側壁33，因此在平面圖中看時，流化床爐1為矩形或圓形。不燃性物質排出口28設在第二擴散板3和第三擴散板4之間。第三擴散板4、及第一和第二擴散板2和3朝向不燃性物質排出口28向下傾斜。流化氣室6、7和8分別設在第一和第二擴散板2和3、及第三擴散板4之下。連接管9、10和11分別與流化氣室6、7和8相連，用于通過其將流化氣12、13和14加入流化氣室6、7和8。
如果流化床爐1為矩形，則矩形的第一擴散板2、第二擴散板3、不燃性物質排出口28、和第三擴散板4可相互平行放置，或者，矩形的第二擴散板3、不燃性物質排出口28和第三擴散板4可相對于矩形屋頂式結構的第一擴散板2的脊對稱布置。如果流化床爐1為圓形，則流化床爐的圓底由中心區(qū)高于其周邊的錐形第一擴散板2、與第一擴散板2同心放置的圓環(huán)形第二擴散板3、與第一擴散板2同心放置的包括多個拱形截面的不燃性物質排出口28、和與第一擴散板2同心放置的圓環(huán)形第三擴散板4組成。
第一擴散板2中設有多個噴嘴15，其與流化氣室6相通并朝向流化介質的流化區(qū)開口。第二擴散板3中設有多個噴嘴16，其與流化氣室7相通并朝向流化介質的流化區(qū)開口。第三擴散板4中設有多個噴嘴17，其與流化氣室8相通并朝向流化介質的流化區(qū)開口。
流化氣室6中的流化氣通過設在第一擴散板2中的若干噴嘴15以相對低的流化氣速率加入流化床爐1中，從而在第一擴散板2之上形成流化介質的弱流化區(qū)18。在弱流化區(qū)18中，流化介質產生下降流21。流化氣室8中的流化氣通過設在第三擴散板4中的若干噴嘴17以相對低的流化氣速率加入流化床爐1中，從而在第三擴散板4之上形成流化介質的弱流化區(qū)20。在弱流化區(qū)20中，流化介質產生下降流23。流化氣室7中的流化氣通過設在第二擴散板3中的若干噴嘴16以相對高的流化氣速率加入流化床爐1中，從而在第二擴散板3之上形成流化介質的強流化區(qū)19。在強流化區(qū)19中，流化介質產生上升流22。
用于從流化床回收熱能的熱能回收裝置設置在第三擴散板4之上的弱流化區(qū)20中。熱能回收裝置包括多個水平間隔的板式換熱器24，每個換熱器垂直延伸。該板式換熱器24與圖1-5中所示的第一實施方案的相同。
分割壁34垂直地放置在強流化區(qū)19和弱流化區(qū)20之間。分割壁34上下設有連通口36、35，以在強流化區(qū)19和弱流化區(qū)20之間提供連通。分割壁34將流化床爐1的內部空間分割成裝有板式換熱器24的熱能回收室RTH和沒有板式換熱器24的主燃燒室RCU。熱能回收室RTH設在側壁33和分割壁34之間第三擴散板4之上，主燃燒室RCU設在分割壁34內第一和第二擴散板2和3之上。
在主燃燒室RCU內，在弱流化區(qū)18中形成流化介質的下降流21，和在強流化區(qū)19中形成流化介質的上升流22。結果，在主燃燒室RCU中產生連續(xù)的循環(huán)流，其在強流化區(qū)19中向上移動而在弱流化區(qū)18中向下移動。
在分割壁34上端附近，上升流22被分成朝向主燃燒室RCU中弱流化區(qū)18的物流和通過連通口36越過分割壁34上端朝向熱能回收室RTH的相反流22′。由于弱流化區(qū)20是由從第三擴散板4提供的流化氣在熱能回收室RTH中形成的，所以加入熱能回收室RTH中的流化介質與下降流23一起下降，而通過連通口35循環(huán)回主燃燒室RCU。
通過改變熱能回收室RTH中流化介質的流化速度調節(jié)循環(huán)流化介質的量和板式換熱器24的傳熱系數(shù)，可調節(jié)從流化介質回收的熱能。
當可燃性物質27由入口(未示出)向下加入主燃燒室RCU中的弱流化區(qū)18時，可燃性物質27與下降流21一起進入弱流化區(qū)18，而在弱流化區(qū)18中的有少量氧的還原氣氛下熱分解和燃燒。然后，可燃性物質27與循環(huán)流一起進入強流化區(qū)19，在有大量氧的氧化氣氛下充分燃燒，同時可燃性物質27與強流化區(qū)19中的上升流22一起向上移動。在分割壁34的上端附近，上升流22被分成朝向主燃燒室RCU中的弱流化區(qū)18的物流和通過連通口36越過分割壁34上端朝向熱能回收室RTH的反向流22′。
在熱能回收室RTH中，已被加熱至高溫的流化介質與下降流23一起下降并將熱量傳遞給板式換熱器24。流化介質將熱量傳遞給板式換熱器24之后，已下降的流化介質通過連通口35水平指向并循環(huán)回主燃燒室RCU中。
由于其中可燃性物質已在強流化區(qū)19中充分地燃燒的流化介質流入弱流化區(qū)20，所以裝有板式換熱器24的弱流化區(qū)20有氧化氣氛。因而，板式換熱器24不會在還原氣氛中腐蝕。由于板式換熱器24安裝在弱流化區(qū)20中，所以不經受暴露于強流化區(qū)19時所造成的過度磨損。
如上所述，由于每個板式換熱器24均是平板形的，所以包含在可燃性物質27中的可以是金屬絲形式的不燃性物質不易與板式換熱器24纏住。因而流化床爐1可無故障地連續(xù)操作。
圖7A和7B示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施方案的流化床燃燒設備。
第三實施方案的流化床燃燒設備不同于圖6所示的第二實施方案的流化床燃燒設備，區(qū)別在于耐火材料的分割壁34′與板式換熱器24′組成一個整體。分割壁34′由固定地安裝在側壁33上的板式換熱器24′支承。第三實施方案的流化床燃燒設備的其它結構細節(jié)與圖6所示的第二實施方案的流化床燃燒設備相同。由于板式換熱器24′支承分割壁34′，分割壁34′之下的連通口35中沒有障礙。因而，已進入熱能回收室RTH中的不燃性物質無阻礙地通過連通口35返回主燃燒室RCU中。從而，流化床燃燒設備可無故障地操作。
圖8示出根據(jù)本發(fā)明的第四實施方案的流化床燃燒設備。
如圖8所示，第四實施方案的流化床燃燒設備包括流化床爐1，其中裝有用于給流化介質賦予大體上高流化速度的第二擴散板3，和用于給流化介質賦予大體上低流化速度的第三擴散板4。第三擴散板4與第二擴散板3相連。不燃性物質排出口28設在第二擴散板3和流化床爐1的側壁33之間。第三擴散板4和第二擴散板3朝向不燃性物質排出口28向下傾斜。流化氣室7和8分別設在第二和第三擴散板3和4之下。連接管10和11分別與流化氣室7和8相連，用于通過其將流化氣13和14引入室7和8。
第二擴散板3中設有多個噴嘴16，其與流化氣室7相通并朝向流化介質的流化區(qū)開口。第三擴散板4中設有多個噴嘴17，其與流化氣室8相通并朝向流化介質的流化區(qū)開口。
在流化床爐1中，流化氣14通過設在第三擴散板4中的噴嘴17以相對低的流化氣速率從流化氣室8加入流化床中，從而在流化床爐1中的第三擴散板4之上形成流化介質的弱流化區(qū)20。流化氣13通過設在第二擴散板3中的噴嘴16以相對高的流化氣速率從流化氣室7加入流化床中，從而在流化床爐1中的第二擴散板3之上形成流化介質的強流化區(qū)19。此時，在弱流化區(qū)20中，形成流化介質的下降流23，和在強流化區(qū)19中，形成流化介質的上升流22。結果，在流化床中產生循環(huán)流，其中在強流化區(qū)19中流化介質向上移動，在弱流化區(qū)20中流化介質向下移動。
用于從流化床回收熱能的熱能回收裝置設置在第三擴散板4之上的弱流化區(qū)20中。熱能回收裝置包括多個水平間隔的平行板式換熱器24，每個換熱器垂直延伸。
流化氣13通過設在流化氣室7的側壁中的噴嘴39從流化氣室7加入不燃性物質排出口28，排出口28靠近第二擴散板3。通過噴嘴39加入不燃性物質排出口28的流化氣13用于在不燃性物質排出口28之上形成流化介質的弱流化區(qū)38。
當可燃性物質27從入口(未示出)向下加入弱流化區(qū)38中時，可燃性物質27與下降流21一起進入弱流化區(qū)38，并在弱流化區(qū)20中的有少量氧的還原氣氛下熱分解和燃燒。然后，可燃性物質27與循環(huán)流一起進入強流化區(qū)19，并在有大量氧的氧化氣氛下充分地燃燒，同時可燃性物質27與強流化區(qū)19中的上升流22一起向上移動?？扇夹晕镔|27在這種還原和氧化氣氛的組合中燃燒，從而排出具有改善質量例如NOx減少的排出氣。在強流化區(qū)19的上部區(qū)域，一部分已加熱至高溫的流化介質轉向弱流化區(qū)20，在此流化介質與下降流23一起下降并將熱量傳遞給板式換熱器24。
流化介質將熱量傳遞給板式換熱器24之后，已下降的流化介質水平指向并循環(huán)回強流化區(qū)19。此時，包含在流化介質中的多數(shù)不燃性物質沉淀而通過不燃性物質排出口28排放。
由于其中可燃性物質已在強流化區(qū)19中充分地燃燒的流化介質流入弱流化區(qū)20，所以裝有板式換熱器24的弱流化區(qū)20有氧化氣氛。因而，板式換熱器24不會在還原氣氛中腐蝕。由于板式換熱器24安裝在弱流化區(qū)20中，所以不經受暴露于強流化區(qū)19時所造成的過度磨損。
由于每個板式換熱器24均是平板形的，所以包含在可燃性物質27中的可以是金屬絲形式的不燃性物質不易與板式換熱器24纏住。因而流化床爐1可無故障地連續(xù)操作。
圖9示出根據(jù)本發(fā)明的第五實施方案的流化床燃燒設備。
第五實施方案的流化床燃燒設備有這樣一種結構，一對有圖9所示結構的流化床爐1相對于位于爐中心的不燃性物質排出口28相互對稱地并到一起。
具體地，如圖9所示，流化床燃燒設備有第三擴散板4、和與第三擴散板4相連的第二擴散板3。不燃性物質排出口28設在第二擴散板3之間。熱能回收裝置設置在第三擴散板4之上的弱流化區(qū)20中，包括多個水平間隔的平行板式換熱器24。可燃性物質27從入口(未示出)加入不燃性物質排出口28之上的弱流化區(qū)38中。
第五實施方案的流化床燃燒設備以與如圖8所示的第四實施方案的流化床燃燒設備相同的方式操作。
在圖1-9所示的實施方案中，雖然圖示說明的第一、二和三擴散板2、3和4是朝向不燃性物質排出口28向下傾斜的，但第一、二和三擴散板2、3和4也可水平放置。
圖10示出根據(jù)本發(fā)明的第六實施方案的流化床燃燒設備。
第六實施方案的流化床燃燒設備結構與圖1所示的第一實施方案的流化床燃燒設備基本相同，但在裝有板式換熱器24的區(qū)中形成上升流。
具體地，如圖10所示，流化氣通過設在流化氣室7和8的側壁中的噴嘴40從流化氣室7和8加入不燃性物質排出口28，從而形成流化介質的弱流化區(qū)41，其中流化介質以大體上低的流化速度流化。傾斜的壁43從側壁33向內延伸至第二擴散板3之上一位置，懸于第三擴散板4和不燃性物質排出口28之上。傾斜的壁43用于將向上移動的流化介質折射向不燃性物質排出口28之上的弱流化區(qū)41。
具體地，板式換熱器24設在其中流化介質以比弱流化區(qū)41中高的流化速度流化的區(qū)中，從而形成流化介質的上升流42，其被傾斜壁43導引至弱流化區(qū)41。在弱流化區(qū)41中，形成流化介質的下降流44。流化介質的下降流44有最低的流化速度，流化介質的上升流42有中等的流化速度，流化介質的上升流22有最高的流化速度。
圖11示出根據(jù)本發(fā)明的第七實施方案的流化床燃燒設備。
根據(jù)第七實施方案，流化床燃燒設備有這樣的結構，一對結構如圖10所示的流化床爐相對于位于爐中心的流化氣室6相互對稱地并到一起。第七實施方案的流化床燃燒設備功能與圖10所示的第六實施方案的流化床燃燒設備相同，將不詳細描述。
圖12示出根據(jù)本發(fā)明的第八實施方案的流化床燃燒設備。
第八實施方案的流化床燃燒設備有靠近側壁33并從側壁33延伸的第三擴散板4，與第三擴散板4相連的第二擴散板3，和與第二擴散板3水平間隔的第一擴散板2。不燃性物質排出口28限定在第一和第二擴散板2和3之間。流化氣室6、7和8分別限定在第一、第二和第三擴散板2、3和4之下。流化氣通過設在流化氣室6和7的側壁中的噴嘴39從流化氣室6和7進入不燃性物質排出口28。第八實施方案的流化床燃燒設備的其它細節(jié)與圖1所示的第一實施方案的流化床燃燒設備的相同。
當可燃性物質27從入口(未示出)向下加入弱流化區(qū)18中時，可燃性物質27與下降流21一起進入弱流化區(qū)18，并在弱流化區(qū)18中的有少量氧的還原氣氛下熱分解和燃燒。然后，可燃性物質27被循環(huán)流帶至不燃性物質排出口28之上一位置。由于從噴嘴39進入的流化氣在不燃性物質排出口28之上形成強流化區(qū)，包含在可燃性物質27中的不燃性物質落入不燃性物質排出口28而由此排放。當含有減少濃度的不燃性物質的流化介質到達第二擴散板3之上的強流化區(qū)19時，該流化介質與上升流22一起向上移動，然后轉向裝有板式換熱器24的弱流化區(qū)20。由于此流化介質中不燃性物質的濃度已降低，所以該板式換熱器24比圖1所示的第一實施方案的流化床燃燒設備更不易被不燃性物質阻塞。
圖13示出根據(jù)本發(fā)明的第九實施方案的流化床燃燒設備。
如圖13所示，第九實施方案的流化床燃燒設備包括流化床爐1，其中裝有用于給流化介質賦予大體上低流化速度的第一擴散板2，和用于給流化介質賦予大體上高流化速度的第二擴散板3。第一擴散板2與第二擴散板3相連，第二擴散板3與側壁33水平間隔。不燃性物質排出口28設在第二擴散板3和側壁33之間。第一和第二擴散板2和3朝向不燃性物質排出口28向下傾斜。流化氣室6和7分別限定在第一和第二擴散板2和3之下。噴嘴45限定在側壁33中并開口至不燃性物質排出口28的上部，用于將流化氣噴入不燃性物質排出口28。連接管9與流化氣室6相連，用于將流化氣12引入流化氣室6，和連接管10與流化氣室7相連，用于通過閥V1將流化氣13引入流化氣室7。流化氣13也通過閥V2供給噴嘴45。
流化氣12通過設在第一擴散板2中的噴嘴15以相對低的流化氣速度從流化氣室6進入流化床，從而形成在第一擴散板2之上的流化介質的弱流化區(qū)18。流化氣13通過設在第二擴散板3中的噴嘴16以相對高的流化氣速度從流化氣室7進入流化床，從而形成在第二擴散板3之上的流化介質的強流化區(qū)19。此時，在弱流化區(qū)18中形成流化介質的下降流21，而在強流化區(qū)19中形成流化介質的上升流22。傾斜的壁43將流化介質的上升流22折射向弱流化區(qū)18。結果，在流化床中形成循環(huán)流，其中流化介質在強流化區(qū)19中向上移動，和在弱流化區(qū)18中向下移動。
流化氣13還從噴嘴45進入不燃性物質排出口28的上部，從而形成強流化區(qū)19中流化介質的上升流。在強流化區(qū)19的側面作為側壁33的壁表面形成板式換熱器46。
由于板式換熱器46是平板形的并用作壁表面不向內伸入強流化區(qū)19，所以可防止包含在可燃性物質27中的可以是金屬絲形式的不燃性物質與板式換熱器纏住。因此，流化床燃燒設備可無故障地操作。
圖14示出根據(jù)本發(fā)明的第十實施方案的流化床燃燒設備。
第十實施方案，流化床燃燒設備有這樣的結構，一對結構如圖13所示的流化床爐相對于位于爐中心的流化氣室6相互對稱地并在一起。第十實施方案的流化床燃燒設備功能與圖13所示的第九實施方案的流化床燃燒設備相同，將不詳細描述。
在上述實施方案中，雖然已作為流化床反應器的一個例子描述了流化床燃燒設備，但本發(fā)明對用于從含有可燃性物質和不燃性物質的固體物質中生產氣體的氣化設備也適用。在此情況下，設備的結構與圖1-14所示的相同，但流化氣中的氧氣流量低于用于燃燒加入爐中的可燃性物質所需的化學計量氧氣流量。
如以上描述中所體現(xiàn)的，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)在常規(guī)設備中，包含在廢物中的金屬絲形式的不燃性物質趨于沉積在流化床中而與傳熱管纏住，因而流化介質的流化不能平穩(wěn)地進行，造成爐的故障。迄今還沒有可用于從包括金屬絲形式的不燃性物質的工業(yè)廢物如廢輪胎中回收能量的有效方法。然而，根據(jù)本發(fā)明，通過使用板式換熱器用于從流化床回收熱能，包含金屬絲形式的不燃性物質的可燃性物質可被氧化，且熱能可無阻礙地回收。因此，有可能利用迄今還未被利用的從工業(yè)廢物中回收的能量。
(2)可燃性物質加入有還原氣氛的、其中流化介質被賦予相對低流化速度的區(qū)中，在還原氣氛中燃燒，然后在有氧化氣氛的、其中流化介質被賦予相對高流化速度的區(qū)中燃燒。即，可燃性物質在這種還原和氧化氣氛的組合中燃燒，從而排出具有改善質量例如NOx減少的排放氣。進一步地，由于有另一個有氧化氣氛的、其中裝有熱能回收裝置的弱流化區(qū)，所以熱能回收裝置不經受在還原氣氛中的腐蝕。
(3)由于強流化區(qū)和不燃性物質排出口設置在熱能回收裝置和可燃性物質入口之間，所以包含在可燃性物質中的不燃性物質在到達熱能回收裝置之前從不燃性物質排出口排出。即使一些不燃性物質偶然到達熱能回收裝置，由于熱能回收裝置是平板形的，不燃性物質也不易與熱能回收裝置纏住。從而，該不燃性物質被循環(huán)流帶回不燃性物質排出口而由此排出。
(4)板式換熱器包括多個依次相互平行延伸的相鄰傳熱管并由翅片相互連接。如此構造的板式換熱器可用于傳熱的表面積很大。由于每個傳熱管的長度可相對地較短，所以其中的任何壓力損失相對地較低。如果可用于傳熱的表面積保持不變和用于板式換熱器的循環(huán)泵有相同的輸出功率，則提供此表面積的板式換熱器的數(shù)量可大大減少。因此，根據(jù)本發(fā)明，有可能利用從廢物如廢輪胎中回收的能量，而由于這種廢物燃燒時產生金屬絲形式的不燃性物質會造成爐的故障，所以迄今還不能利用。
雖然已示出并詳細描述了本發(fā)明的一些優(yōu)選的實施方案，但應理解在不超出所附權利要求的范圍的情況下可做各種改變和修改。
權利要求
1.一種用于在有流化介質的流化床爐中氧化含不燃性物質的可燃性物質的流化床反應器，包括多個設置在所述流化床爐底部的流化氣擴散裝置，用于提供流化氣和給所述流化床爐的流化床中的流化介質賦予不同的流化速度，以在流化介質的流化速度大體上高的流化區(qū)中形成流化介質的上升流和在流化介質的流化速度大體上低的流化區(qū)中形成流化介質的下降流；和設置在流化介質的流化速度大體上低的所述流化區(qū)中的板式熱能回收裝置，所述板式熱能回收裝置具有垂直延伸的熱回收表面。
2.根據(jù)權利要求1的流化床反應器，其中所述板式熱能回收裝置包括至少一個板式換熱器，所述板式換熱器有多個位于一個平面中并由翅片相互連接的傳熱管，所述傳熱管共同提供所述的熱能回收表面。
3.一種用于在有流化介質的流化床爐中氧化含不燃性物質的可燃性物質的流化床反應器，包括多個設置在所述流化床爐底部的流化氣擴散裝置，用于提供流化氣和給所述流化床爐的流化床中的流化介質賦予不同的流化速度，以形成在流化介質的流化速度大體上高的流化區(qū)中流化介質的上升流和在流化介質的流化速度大體上低的流化區(qū)中流化介質的下降流；位于流化介質的所述上升流的上部的傾斜的壁，用于折射流化介質的物流，以形成在流化介質的流化速度最低的流化區(qū)中流化介質的下降流，和在流化介質的流化速度中等以產生適度的上升流的流化區(qū)中流化介質的上升流；和設置在流化介質的流化速度中等的所述流化區(qū)中的板式熱能回收裝置，所述板式熱能回收裝置有垂直延伸的熱回收表面。
4.根據(jù)權利要求3的流化床反應器，其中所述板式熱能回收裝置包括至少一個板式換熱器，所述板式換熱器有多個位于一個平面中并由翅片相互連接的傳熱管，所述傳熱管共同提供所述的熱能回收表面。
5.一種用于在有流化介質的流化床爐中氧化含不燃性物質的可燃性物質的流化床反應器，包括一分割壁，其將流化床爐的內部空間分割成多個用于產生多個流化床的區(qū)，在所述分割壁之上下所述流化床相互連通；多個設置在所述流化床爐底部的流化氣擴散裝置，用于提供流化氣和給所述流化床爐的流化床中的流化介質賦予不同的流化速度，以形成在流化介質的流化速度大體上高的流化區(qū)中流化介質的上升流和在流化介質的流化速度大體上低的流化區(qū)中流化介質的下降流，一部分流化介質的所述上升流越過所述分割壁的上端進入所述流化床之一，形成移動床以使流化介質適度地下降，而通過所述分割壁之下的連通口返回流化介質的流化速度大體上高的其它所述流化床用于循環(huán)；和設置在形成所述下降移動床的所述流化區(qū)中的板式熱能回收裝置。
6.根據(jù)權利要求5的流化床反應器，其中所述板式熱能回收裝置包括至少一個板式換熱器，所述板式換熱器有多個位于一個平面中并由翅片相互連接的傳熱管，所述傳熱管共同提供所述的熱能回收表面。
7.根據(jù)權利要求5的流化床反應器，其中所述分割壁和所述板式熱能回收裝置相互合并成一整體。
8.一種用于在有流化介質的流化床爐中氧化含不燃性物質的可燃性物質的流化床反應器，包括多個設置在所述流化床爐底部的流化氣擴散裝置，用于提供流化氣和給所述流化床爐的流化床中的流化介質賦予不同的流化速度，以形成在流化介質的流化速度大體上高的流化區(qū)中流化介質的上升流和在流化介質的流化速度大體上低的流化區(qū)中流化介質的下降流；位于流化介質的所述上升流的上部的傾斜的壁，用于折射流化介質的物流；和在所述流化床爐的側壁上提供有板式傳熱表面，延伸至所述傾斜壁的下端。
9.一種用于在有流化介質的流化床爐中氧化含不燃性物質的可燃性物質的流化床反應器，包括一個設置在所述流化床爐底部的流化氣擴散裝置，用于提供流化氣和給流化介質賦予大體上高的流化速度，以形成一強流化區(qū)；設置在所述流化床爐底部用于提供流化氣的流化氣擴散裝置，其位于所述流化氣擴散裝置的一側，用于給流化介質賦予大體上低的流化速度，以形成弱流化區(qū)；設在所述弱流化區(qū)之一中的一熱能回收裝置；用于將可燃性物質加入其它所述弱流化區(qū)中的一人口；和一不燃性物質排出口，設在用于給流化介質賦予大體上高的流化速度的流化氣擴散裝置和用于給流化介質賦予大體上低的流化速度的流化氣擴散裝置之間。
10.根據(jù)權利要求9的流化床反應器，其中，調節(jié)所述流化氣中所含的氧氣量以使可燃性物質加入其中的所述弱流化區(qū)有還原氣氛，和所述強流化區(qū)有氧化氣氛。
11.根據(jù)權利要求9或10的流化床反應器，其中所述熱能回收裝置包括一個板式熱能回收裝置。
12.根據(jù)權利要求11的流化床反應器，其中所述板式熱能回收裝置包括至少一個板式換熱器，所述板式換熱器有多個位于一個平面中并由翅片相互連接的傳熱管，所述傳熱管共同提供所述的熱能回收表面。
全文摘要
一種流化床反應器適用于均勻地氧化—即燃燒或氣化含有可燃性物質和不燃性物質的固體物質，穩(wěn)定地從氧化的燃性物質中回收熱能，同時平穩(wěn)地排放不燃性物質。該流化床反應器包括多個設置在所述流化床爐底部的流化氣擴散裝置，用于給所述流化床爐的流化床中的流化介質賦予不同的流化速度，以在流化介質的流化速度大體上高的流化區(qū)中形成流化介質的上升流和在流化介質的流化速度大體上低的流化區(qū)中形成流化介質的下降流，和設置在流化介質的流化速度大體上低的所述流化區(qū)中的板式熱能回收裝置，所述板式熱能回收裝置有垂直延伸的熱回收表面。
文檔編號F23G5/46GK1155449SQ9612081
公開日1997年7月30日 申請日期1996年11月15日 優(yōu)先權日1995年11月15日
發(fā)明者永東秀一, 大下孝裕 申請人:株式會社荏原制作所