具有扩展热交换面的循环流化床反应器

摘要

本发明涉及一种循环流化床反应器,它包括备有流化格栅(流化分配栅)(11)的下部区域(3)、在格栅(11)下面的初级空气注入部件(12)、在格栅(11)之上的二次空气注入部件(13)和燃料加入部件(10),环绕该下部区域的壁(5)备有热交换管,以及由安装热交换管(9)的壁(4)环绕的上部区域(2),热交换管(9)由散热片(30)连接。所述区域(2、3)的壁配备所述扩展热交换器(14)的垂直热交换板,该板与区域(2、3)的壁(4、5)垂直固定,并由反应器内部管道(15)构成,其水平宽度为150—500mm,彼此间隔的距离为其宽度的1.5—4倍,这种宽度确定为壁(4、5)的散热片(30)内表面与热交换器扩展最远管道的最远发生器之间的距离。

说明书

本发明涉及具有扩大(扩展)热交换面的循环流化床反应器。

热电厂功率越来越高时通常使用循环流化床反应器。

更确切地说，本发明涉及的循环流化床反应器包括配备流化格栅(流化分配栅)的下部区，在格栅下面的初缓空气注入部件，在格栅上面的二次空气注入部件和燃料加入器件，环绕该下部区的壁配备热交换管，由装有热交换管的壁环绕成上部区。

人们知道，要获得烟的脱硫效率好，应将反应器的温度保持恒定接近于850℃。一种有效的方法是在反应器中安装热交换板以及为保持这个温度，或者通过调节初缓和二次空气流量来调整固体物料的浓度，或者改变燃烧气的循环流量，或者在反应器外部紧密流化床里循环固体的冷却。

已知这类板的装配有几种：

一呈L型垂直板悬在反应器的高处作为过热器。

一在上部并贯穿该反应器的水平板作为过热器。

一呈U型板悬在反应器顶板作为过热器。

一与反应器壁垂直固定并涂有乳胶的很宽的板，如专利US-4442796中描述的流化床反应器所配置的板。

一配置在局部高度上并可能具有通道口的反应器分离板，如专利US4165717中所描述。

当设备处理能力增加时，因而按照现有技术，人们认为，必需一方面从表面增加这些热交换板，另一方面又向反应器中越来越低的高度上扩展，相应地伴随着在受到固体颗粒物流作用的这些板的下部腐蚀增加，往往由于上部板的高度而不一致的膨胀增大使得板和壁有变形的危险和发生振动。

本发明解决了腐蚀与变形的这些问题，同时又与力图增加反应器热交换板表面的技术偏见是背道而弛的。

为此，按照本发明，至少一个所述区的至少一个壁配备有一些与壁垂直固定的所谓扩大的垂直热交换板，所述热交换板由反应器内侧热交换管构成，其水平宽度为150-500mm，并且彼此间隔的距离为其宽度的1.5-4倍。

这些扩展(热交换器)都不太宽，这就避免了由于不同膨胀引起的机械应力所造成的反应器壁的变形，这些扩展的热交换面位于固体下降层，这一点将在下面作更详细的描述。

在壁上的热交换管都是由散热片连接的情况下，所述的宽度限定为壁散热片的内表面与最远扩展交换管的最远发生器之间的距离。

根据第一种固定方案，扩展部分(热交换器)都是以连续方式与该区的壁连接(焊接)。

根据第二种固定方案，扩展部分与壁的距离低于60mm，这个距离为壁的散热片内表面与最近扩展热交换管的发生器之间的距离，而扩展部分至少在其高部位加以支承。更有利地是，扩展部分分布在反应器内周边上。

扩展热交换器可位于反应器的任何高度上。

按照优选的实施方式，扩大热交换器都配置在上部区域壁的整个高度上。

在这种情况下，扩大(热交换器)可从反应器的顶部开始，并在下部穿过下面区域的倾斜壁。与现有技术相比，所有腐蚀问题都受到抑制，现有技术中排出的水平部位都受到颗粒物料流的作用因而受腐蚀。

为了提高其机械强度，热交换管的扩展可以包括辅助管道，它们与扩展自由端相连，固定在扩展对称平面之外。

按照一种特殊的实施变型，其中反应器包括至少一个内部紧密流化床，由其上部与反应器内部相通，它收集沿着上部区域壁落下来的固体物料，并将其至少一部分(固体物料)沿着倾斜(排放)壁而且在该倾斜壁之上溢流到下部区域，这种内部床配备交换管，交换管在其下部与供料口相连，在其上部与出口相连，使用扩展管道作为配备这种内部床的交换管道的排出管道。

下面借助只是代表一种优选实施方式的附图更详细地说明本发明。

图1是循环流化床反应器垂直剖视图。

图2是本发明反应器壁的局部垂直剖视图。

图3A是图2沿III-III剖视图，图3B是一种变型方案的类似剖视图。

图4A是本发明一种实施变型方案反应器垂直剖视图，图4B是IV部分的详细图。

图5、6和7表示本发明反应器不同配置的局部剖视图。

图1相应于循环床反应器的一般运行，该反应器包括往高处截面不断增大的下部区域3和平行六面体上部区域2。下部区域3配备流化格栅(流化分配栅)11、格栅11下面的初级空气注入部件12、格栅11上面的二次空气注入部件13和燃料加入部件10。环绕该下部区域3的壁5配备热交换管。上部区域2同样由装有热交换管的壁4环绕而成。

固体颗粒按照箭头6在格栅11上面向反应器高处上升移动，这些颗粒向壁4、5散开并且再向下落下。不过，一部分最细的颗粒按照如7所示的涡流运动再向高处移动。其它颗粒靠近壁4、5，并且沿着这些壁沿箭头8向下移动，在此处颗粒形成密实的固体层。

沿着壁测量这种密实的固体层表明，其层厚随反应器高度变化，并随反应器物料而改变，该厚度基本上为50-500mm。

本发明在于实现热交换面的扩展，其热交换表面很小宽度埋入下降固体的这种层中，这样可以改善反应器壁的热交换系数。

在无本发明扩大热交换面的一般反应器中，对于总系数为180W/m²·°K来说，约100W/m²·°K是辐射得到的，80W/m²·°K是由与固体颗粒相关的对流得到的。按照本发明，与对流相关的部分大大增加，因此总系数也增加。

事实上，接照本发明的扩展(热交换器)引起沿着壁的固体层厚度增加，人们称此现象为角落效应。事实上，存在有角落时，由于该处固体层自然形成的圆形轮廓而产生过厚的层。由于本发明的扩展(热交换面)，形成许多角落，固体厚度同样增加。与单一的平面壁相比，在两个扩展之间所形成的穴腔里，人为地增加了平均固体浓度，这样就提高了交换系数。

另外，本发明的热交换器扩展具有两个交换面，这样增加了反应器总交换面积，因此同样也提高了交换系数。

图2和3A表示本发明热交换器扩展的一个实施例。

这些热交换器扩展最好按一般方式进行，即它们是由平面散热片连接起来的管道构成的。在反应器内并与壁4垂直的热交换器扩展14辅助到壁4上，而壁4备有纵向交换管9。所示出的热交换器扩展14包括三根垂直交换管15，其上部和下部都埋于混凝土层16中而加以保护。交换管15如同另外一些交换管一样彼此用焊接的平面散热片20相连接。在下部，通过供料口将水-蒸汽乳化液供给管道15，而在上部，这些管道与出口19相连。为了避免膨胀不一样，这些管道15都供给乳化液。

根据本发明，在反应器内部的由管道15构成的，与区域2、3中至少一个区域的壁4、5中至少一个壁垂直固定的热交换器扩展14的水平宽度1为150-500mm，热交换器扩展彼此之间的间隔距离D为其宽度的1.5-4倍，将这个宽度限定为壁4、5的散热片30内表面与最远扩展的交换管道15A的最远发生器之间的距离。

热交换器扩展可用连续的方式与区域2、3的壁4、5焊接，如图2所示，或者是与壁4、5隔开一个小于60mm的距离d，这个距离是壁散热片30的内表面与最近管道15B发生器之间的距离，这就等于取消了热交换器扩展的第一个散热片20A，并在其上部或许在其下部支承这些扩展。

管15的扩展14可包括辅助管道15C，它们可与扩展14的自由端14A相连，固定在扩展14的对称平面之外，以便增强扩展14的机械稳定性，这如图3B所示。

图4A表示一种特别好的本发明热交换器扩展的配置。

例如，从某申请人提出的法国专利申请2690512人们知道了装备内紧凑型流化床反应器22、23。这种紧凑流化床22、23由其上部与反应器内部相通，该上部接收沿上部区域2壁4落下的固体物料，并且至少部分固体物料完全沿着倾斜壁和在倾斜壁28、29上面再溢流到下部区域3。这些内部床22、23具有配备着交换管的壁，交换管下部与供料口连接，上部与排料口连接，或许这些床同样包括埋入的交换管。有利地是，本发明的扩展(热交换器)14的管道可以用作这些交换器的出口管(这些交换器构成这些床22、23的壁)，或许用作埋入这些床22、23中的这些交换器的出口管，这就不用穿过壁4，避免了可能出现的腐蚀，而壁有垂直的而不是水平的出口管。图4B表示出交换管24的排放出口连接实例，而该交换管配备内部床22和热交换器扩展14的管15。

按照这种实施方式，每个内部床22、23都安装在至少两个扩展(热交换器)14之间，由此可以得到本发明的其它效果和技术优点。事实上，扩展(热交换器)14之间的空间构成了固体落到22、23的通道或路径21，并且导致落向这些床的固体流量增加。其内部床22、23与外交换器相连，而它们是以高固体流量进料的，这就改善了热交换，并能显著降低这些外交换器的尺寸。

图5-7描述了热交换器扩展14的多种可能的组合。该反应器以通常的方式配备有旋风离尘器31。配备管道15的扩展(热交换器)14沿着反应器的该区域2的壁4整个高度上安置，并在该区域2的一个或多个侧壁上。在这种情况下，扩展热交换器从反应器顶部开始并从底端穿过下部区域3的斜壁5。因此，与现有技术相比，克服了腐蚀问题，因为不再有任何水平排出部件受到颗粒流的作用。