专利名称：流化床反应器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流化床反应器。更具体地，本发明涉及一种具有如下用途的流化床反应器，该反应器可用于均匀地氧化-即燃烧或气化含可燃性物质和不燃性物质的固体物质如工业废物、城市废物或煤，还可用于稳定地从氧化的可燃性物质回收热能的同时平稳地排放不燃性物质。
随着经济的发展，在日本因经济活动而产生的普通废物每年以3-4％的速率增长，达到每年5000万吨的量。分析研究表明这种普通废物的82％为可燃性物质，相当于720万吨油。
工业废物逐年增加。因而，迄今一直作为不适于燃烧的物质处理而填在沟壕中的包括不燃性物质的塑料，由于可用于处理这种塑料的区域有限，未来将不得不焚烧。包括废油和废塑料的可燃性工业废物每年共达1700万吨，由于它们可产生3000kcal/kg的热量，所以应作为燃料而不是作为废物处理。
然而，由于可燃性固体物质的性质和结构差异很大且含有大量不确定形状的不燃性物质与之混合，因而难以稳定地燃烧可燃性固体物质以利用其能量。因此，还未实现有效利用可从普通和工业废物回收的能量。
为有效地利用可从普通和工业废物回收的能量，已开发了各种用于通过氧化包括气化和焚化从普通和工业废物回收热能的系统。所开发的这些系统中，有流化床焚烧炉或流化床锅炉，期望其成为能通过均匀地燃烧含有可燃性物质和不燃性物质的固体物质稳定地回收热能同时平稳地排放不燃性物质的系统。然而，这种流化床焚烧炉或流化床锅炉因以下原因存在缺陷当废物在鼓泡式流化床中燃烧时，由于固体颗粒仅垂直流动而不能充分地分散在鼓泡式流化床中，所以废物不能均匀且稳定地燃烧。比重大于流化介质的不燃性物质在很宽的范围内沉积在炉底。结果，难以从炉中排放此不燃性物质，焚烧炉或锅炉不能在稳定的条件下操作。
为解决简单鼓泡式流化床的上述问题，最近已提出用于在浓缩流化床中产生循环流动的系统，其流化介质具有可变的流化速度从而混合和分散要被焚烧的固体物质以稳定燃烧。
由所提出的此系统焚烧的固体物质包括各种物质如废轮胎。燃烧废轮胎时产生的金属丝形不燃性物质趋于沉积于流化床底并易与换热器管缠住，因而流化介质的流化不能平稳地进行，导致燃烧炉不能正常工作。迄今还没有有效的焚烧方法可用于包括金属丝形不燃性物质的工业废物如废轮胎。
为焚烧废物，必须减少废物燃烧时产生的NOx和其它有毒物质，以防止热能回收装置在还原气氛下被腐蚀，和平稳地排放不燃性物质。然而，现有技术中还没有能满足上述所有要求的设备。
因此，本发明的一个目的是提供一种流化床反应器，其能够均匀地氧化-即燃烧或气化含有可燃性物质和不燃性物质的固体物质，稳定地从氧化的可燃性物质中回收热能，同时平稳地排放各种不燃性物质如金属丝。
根据本发明的一方面，提供一种用于在有流化介质的流化床炉中氧化含不燃性物质的可燃性物质的流化床反应器，包括多个设置在流化床炉底部的流化气扩散装置，用于提供流化气和给流化床炉的流化床中的流化介质赋予不同的流化速度，以在流化介质的流化速度大体上高的流化区中形成流化介质的上升流和在流化介质的流化速度大体上低的流化区中形成流化介质的下降流；和设置在流化介质的流化速度大体上低的流化区中的板式热能回收装置，所述板式热能回收装置有垂直延伸的热回收表面。
根据本发明，在流化床炉底部设有用于给流化介质赋予大体上相对低流化速度的第一扩散器板，和用于给流化介质赋予大体上相对高流化速度的第二扩散器板。在第一和第二扩散器板之下分别设有流化气室。流化器通过连接管加入流化气室。流化气室中的流化气通过设在第一扩散器板中的若干喷嘴以相对低的流化气速率供入流化床炉，从而在第一扩散板之上形成流化介质的弱流化区。流化气室中的流化气通过设在第二扩散板中的若干喷嘴以相对高的流化气速率供入流化床炉，从而在第二扩散板之上形成流化介质的强流化区。优选用空气、除去氮气的空气、富氧空气、氧气、水蒸汽和至少两种上述气体的混合物作为流化气。也可用任何其它气体作流化气。
在弱流化区中，形成流化介质的下降流，而在强流化区中，形成流化介质的上升流。结果，在流化床中产生循环流，其中流化介质在强流化区中向上移动而在弱流化区中向下移动。如此，在流化床炉中交替地形成许多强流化区和弱流化区，和在流化介质的弱流化区中设置一板式换热器设备。
可燃性物质供入其中未安装板式换热器设备的弱流化区，可燃性物质在有少量氧的还原气氛下燃烧，而被流化介质的循环流所吞没。然后可燃性物质与循环流一起移入流化介质的强流化区，并在流化介质的强流化区中的氧化气氛下充分燃烧。其后，已被加热至高温的流化介质与后面的循环流一起向相邻的弱流化区移动，在此流化介质与下降流一起下降，并将热量传递给安装在弱流化区中的板式换热器设备。由于其中可燃性物质已在强流化区中充分地燃烧的流化介质流入弱流化区，所以装有板式换热器的弱流化区有氧化气氛。因而，板式换热器不会在还原气氛中腐蚀。由于板式换热器安装在弱流化区，所以磨损较小。
由于换热器有板式形状，所以包含中进料固体物质中且可为金属丝形式的不燃性物质不易与换热器缠住。因而流化床炉可无故障地连续操作。
板式换热器包括许多依次相互平行延伸的相邻传热管并由翅片相互连接。传热管共同提供一个热能回收表面。如此构造的板式换热器可用于传热的表面积很大。由于每个传热管的长度可相对地较短，所以其中的任何压力损失相对地较低。
根据本发明的一方面，在装有换热器的弱流化区与强流化区之间设有分割壁，和在分割壁上下设有连通口以在强流化区和弱流化区之间提供连通。分割壁将流化床炉的内部空间分割成装有换热器的热能回收室，和没有换热器的主燃烧室。
进一步地，根据本发明的另一方面，在流化床炉中交替地提供有许多流化区，它们分别给流化介质赋予不同的流化速度，和在弱流化区中装有板式换热器，在弱流化区中给流化介质赋予大体上低的流化速度并产生流化介质的上升流。
进一步地，根据本发明的再另一方面，在两个用于给流化介质赋予大体上低流化速度的流化气扩散装置之间设有一个用于给流化介质赋予大体上高流化速度的流化气扩散装置，和在弱流化区之一中设有热能回收装置。在用于给流化介质赋予大体上高流化速度的扩散装置和用于给流化介质赋予大体上低流化速度的扩散装置之间设有不燃性物质排出口。
根据以上布置，可燃性物质供入弱流化区之一，可燃性物质在弱流化区中的还原气氛下燃烧，然后在给流化介质赋予相对高流化速度的强流化区中的氧化气氛下燃烧。可燃性物质在这种还原和氧化气氛的组合中燃烧，从而排放具有改善质量例如NOx减少的排出气。在另一弱流化区中设有热能回收装置。由于其中可燃性物质已在强流化区中充分地燃烧的流化介质流入此弱流化区，所以装有热能回收装置的弱流化区有氧化气氛。因而，热能回收装置不会在还原气氛下腐蚀。由于强流化区和不燃性物质排出口设在可燃性物质入口和热能回收装置之间，所以包含在进料固体物质中的不燃性物质在到达热能回收装置之前从不燃性物质排出口排出。即使一些不燃性物质偶然到达热能回收装置的传热表面，由于传热表面是平板形的，可以是金属丝形式的不燃性物质也不易与热能回收装置缠住。从而，该不燃性物质被循环流带回不燃性物质排出口而由此排出。
本发明的上述和其它目的、特征和优点将从下面结合附图的描述中体现，这些附图通过实例说明本发明的优选实施方案。
图1为根据本发明的第一实施方案的流化床反应器的垂直剖面图；图2为沿图1的线II-II的剖面图；图3为沿图1的线III-III的剖面图；图4为根据第一实施方案的流化床反应器的特殊结构的板式换热器的侧视图5为以图4中箭头V所示方向看板式换热器的平面图；图6为根据本发明的第二实施方案的流化床反应器的垂直剖面图；图7A为根据本发明的第三实施方案的流化床反应器的垂直剖面图；图7B为从图7A中箭头VIIB所示方向看，根据第三实施方案的流化床反应器的板式换热器的平面图；图8为根据本发明的第四实施方案的流化床反应器的垂直剖面图；图9为根据本发明的第五实施方案的流化床反应器的垂直剖面图；图10为根据本发明的第六实施方案的流化床反应器的垂直剖面图；图11为根据本发明的第七实施方案的流化床反应器的垂直剖面图；图12为根据本发明的第八实施方案的流化床反应器的垂直剖面图；图13为根据本发明的第九实施方案的流化床反应器的垂直剖面图；图14为根据本发明的第十实施方案的流化床反应器的垂直剖面图。
所有图中由相同或相应的参考数字代表相同或相应的部分。以下参考图1-14描述根据本发明实施方案的流化床反应器。在下述具体实施中，流化床燃烧设备将作为流化床反应器的一个例子描述。
图1-5示出根据本发明的第一实施方案的流化床燃烧设备。
如图1所示，第一实施方案的流化床燃烧设备包括流化床炉1，其中在炉底装有用于给流化介质赋予大体上低流化速度的第一扩散板2，用于给流化介质赋予大体上高流化速度的第二扩散板3，和用于给流化介质赋予大体上低流化速度的第三扩散板4。第一扩散板2与第二扩散板3相连，第二扩散板3与第三扩散板4水平间隔。不燃性物质排出口28设在第二扩散板3和第三扩散板4之间。第三扩散板4、及第一和第二扩散板2和3朝向不燃性物质排出口28向下倾斜。流化气室6限定在第一扩散板2之下，流化气室7限定在第二扩散板3之下，和流化气室8限定在第三扩散板4之下。连接管9、10和11分别与流化气室6、7和8相连，用于通过其将流化气12、13和14引入室6、7和8。在此实施方案中，流化气12、13和14由空气组成。
第一扩散板2中设有多个喷嘴15，其与流化气室6相通并朝向流化介质的流化区开口。第二扩散板3中设有多个喷嘴16，其与流化气室7相通并朝向流化介质的流化区开口。第三扩散板4中设有多个喷嘴17，其与流化气室8相通并朝向流化介质的流化区开口。
流化床炉1有向上延伸的多边形侧壁33，因而在平面图中看时流化床炉1为矩形。
在流化床炉1中，不燃性颗粒如沙子的流化介质被从第一、二和三扩散板2、3和4引入流化床炉1中的流化气12、13和14向上吹成流化态，从而在流化床炉1中形成流化床。具体地说，流化气室6中的流化气通过设在第一扩散板2中的若干喷嘴15以相对低的流化气速率加入流化床炉1中，从而在第一扩散板2之上形成流化介质的弱流化区18。在弱流化区18中，流化介质产生下降流21。流化气室8中的流化气通过设在第三扩散板4中的若干喷嘴17以相对低的流化气速率加入流化床炉1中，从而在第三扩散板4之上形成流化介质的弱流化区20。在弱流化区20中，流化介质产生下降流23。流化气室7中的流化气通过设在第二扩散板3中的若干喷嘴16以相对高的流化气速率加入流化床炉1中，从而在第二扩散板3之上形成流化介质的强流化区19。在强流化区19中，流化介质产生上升流22。结果，在流化床中产生两股循环流，其中在强流化区19中流化介质向上移动，在弱流化区18和20中流化介质向下移动。
用于从流化床回收热能的热能回收装置设置在第三扩散板4之上的弱流化区20中。热能回收装置包括多个水平间隔的平行板式换热器24(也参见图2)，每个换热器垂直延伸。
当可燃性物质27从入口(未示出)向下加入弱流化区18中时，可燃性物质27与下降流21一起进入弱流化区18，并在弱流化区18中的有少量氧的还原气氛下热分解和燃烧。然后，可燃性物质27与循环流一起进入强流化区19，并在有大量氧的氧化气氛下充分地燃烧，同时可燃性物质27与强流化区19中的上升流22一起向上移动。可燃性物质27在这种还原和氧化气氛的组合中燃烧，从而排出具有改善质量例如NOx减少的排出气。在强流化区19的上部区域，一部分已加热至高温的流化介质转向弱流化区20，在此流化介质与下降流23一起下降并将热量传递给板式换热器24。
流化介质将热量传递给板式换热器24之后，已下降的流化介质水平指向并循环回强流化区19。
如上所述，可燃性物质27在没有板式换热器24的弱流化区18和强流化区19中通过循环流动充分地燃烧。然后，已被燃烧物质加热至高温的流化介质与循环流一起进入弱流化区20，在此流化介质与下降流23一起下降并将热量传递给板式换热器24。由于其中可燃性物质已在强流化区19中充分地燃烧的流化介质流入弱流化区20，所以装有板式换热器24的弱流化区20有氧化气氛。因而，板式换热器24不会在还原气氛中腐蚀。由于板式换热器24安装在弱流化区20中，所以不经受暴露于强流化区19时所造成的过度磨损。
由于强流化区19和不燃性物质排出口28设置在可燃性物质入口和板式换热器24之间，所以包含在进料固体物质中的不燃性物质在到达板式换热器24之前从不燃性物质排出口28排出。即使一些不燃性物质偶然到达板式换热器24，由于每个板式换热器均是平板形的，所以可以是金属丝形式的不燃性物质也不易与板式换热器24缠住。因而流化床炉1可无故障地连续操作。从而，本发明的流化床炉1可用于燃烧工业废物和从工业废物如迄今还不能用于回收热能处理的轮胎中回收热能。
如图1和2所示，板式换热器24在其外端安装在垂直间隔的上下集管29、29′上，并通过侧壁33插入流化床炉1中。限定上集管出口32的上管30与上集管29相连，相反限定下集管入口32′的下管31与下集管29′相连。通常用作回收热能的介质的饱和水从下集管入口32′加入下集管29′中，该水流过板式换热器24。该水收集热量而在板式换热器24中蒸发之后，水蒸汽和水的混合物流入上集管29中，并通过上集管出口32排放。
如图3和4所示，每个板式换热器24包括一对依次相互平行延伸并由翅片26相互连接的相邻的传热管25和25′。传热管25和25′有各自的与上下集管29和29′相连的相对端。如此构造的板式换热器24可用于传热的表面积很大。由于每个传热管25和25′的长度可相对较短，所以其中的任何压力损失较小。如果可用于传热的表面积保持不变和用于板式换热器24的循环泵有相同的输出功率，则提供此表面积的板式换热器24的数量可大大减少。如图2和5所示，如此由翅片26相互连接的传热管25和25′共同组成一个垂直放置并延伸穿过侧壁33的平板结构。
图6示出根据本发明的第二实施方案的流化床燃烧设备。
如图6所示，第二实施方案的流化床燃烧设备包括流化床炉，装有中心的第一扩散板2、位于第一扩散板2之外并与之相连的第二扩散板3、和与第二扩散板3水平间隔的第三扩散板4。第一扩散板2有向下倾斜的上表面，在其垂直截面中，在其中心处最高，并朝向第二扩散板3逐渐降低。流化床炉1有向上延伸的多边形或圆筒形垂直侧壁33，因此在平面图中看时，流化床炉1为矩形或圆形。不燃性物质排出口28设在第二扩散板3和第三扩散板4之间。第三扩散板4、及第一和第二扩散板2和3朝向不燃性物质排出口28向下倾斜。流化气室6、7和8分别设在第一和第二扩散板2和3、及第三扩散板4之下。连接管9、10和11分别与流化气室6、7和8相连，用于通过其将流化气12、13和14加入流化气室6、7和8。
如果流化床炉1为矩形，则矩形的第一扩散板2、第二扩散板3、不燃性物质排出口28、和第三扩散板4可相互平行放置，或者，矩形的第二扩散板3、不燃性物质排出口28和第三扩散板4可相对于矩形屋顶式结构的第一扩散板2的脊对称布置。如果流化床炉1为圆形，则流化床炉的圆底由中心区高于其周边的锥形第一扩散板2、与第一扩散板2同心放置的圆环形第二扩散板3、与第一扩散板2同心放置的包括多个拱形截面的不燃性物质排出口28、和与第一扩散板2同心放置的圆环形第三扩散板4组成。
第一扩散板2中设有多个喷嘴15，其与流化气室6相通并朝向流化介质的流化区开口。第二扩散板3中设有多个喷嘴16，其与流化气室7相通并朝向流化介质的流化区开口。第三扩散板4中设有多个喷嘴17，其与流化气室8相通并朝向流化介质的流化区开口。
流化气室6中的流化气通过设在第一扩散板2中的若干喷嘴15以相对低的流化气速率加入流化床炉1中，从而在第一扩散板2之上形成流化介质的弱流化区18。在弱流化区18中，流化介质产生下降流21。流化气室8中的流化气通过设在第三扩散板4中的若干喷嘴17以相对低的流化气速率加入流化床炉1中，从而在第三扩散板4之上形成流化介质的弱流化区20。在弱流化区20中，流化介质产生下降流23。流化气室7中的流化气通过设在第二扩散板3中的若干喷嘴16以相对高的流化气速率加入流化床炉1中，从而在第二扩散板3之上形成流化介质的强流化区19。在强流化区19中，流化介质产生上升流22。
用于从流化床回收热能的热能回收装置设置在第三扩散板4之上的弱流化区20中。热能回收装置包括多个水平间隔的板式换热器24，每个换热器垂直延伸。该板式换热器24与图1-5中所示的第一实施方案的相同。
分割壁34垂直地放置在强流化区19和弱流化区20之间。分割壁34上下设有连通口36、35，以在强流化区19和弱流化区20之间提供连通。分割壁34将流化床炉1的内部空间分割成装有板式换热器24的热能回收室RTH和没有板式换热器24的主燃烧室RCU。热能回收室RTH设在侧壁33和分割壁34之间第三扩散板4之上，主燃烧室RCU设在分割壁34内第一和第二扩散板2和3之上。
在主燃烧室RCU内，在弱流化区18中形成流化介质的下降流21，和在强流化区19中形成流化介质的上升流22。结果，在主燃烧室RCU中产生连续的循环流，其在强流化区19中向上移动而在弱流化区18中向下移动。
在分割壁34上端附近，上升流22被分成朝向主燃烧室RCU中弱流化区18的物流和通过连通口36越过分割壁34上端朝向热能回收室RTH的相反流22′。由于弱流化区20是由从第三扩散板4提供的流化气在热能回收室RTH中形成的，所以加入热能回收室RTH中的流化介质与下降流23一起下降，而通过连通口35循环回主燃烧室RCU。
通过改变热能回收室RTH中流化介质的流化速度调节循环流化介质的量和板式换热器24的传热系数，可调节从流化介质回收的热能。
当可燃性物质27由入口(未示出)向下加入主燃烧室RCU中的弱流化区18时，可燃性物质27与下降流21一起进入弱流化区18，而在弱流化区18中的有少量氧的还原气氛下热分解和燃烧。然后，可燃性物质27与循环流一起进入强流化区19，在有大量氧的氧化气氛下充分燃烧，同时可燃性物质27与强流化区19中的上升流22一起向上移动。在分割壁34的上端附近，上升流22被分成朝向主燃烧室RCU中的弱流化区18的物流和通过连通口36越过分割壁34上端朝向热能回收室RTH的反向流22′。
在热能回收室RTH中，已被加热至高温的流化介质与下降流23一起下降并将热量传递给板式换热器24。流化介质将热量传递给板式换热器24之后，已下降的流化介质通过连通口35水平指向并循环回主燃烧室RCU中。
由于其中可燃性物质已在强流化区19中充分地燃烧的流化介质流入弱流化区20，所以装有板式换热器24的弱流化区20有氧化气氛。因而，板式换热器24不会在还原气氛中腐蚀。由于板式换热器24安装在弱流化区20中，所以不经受暴露于强流化区19时所造成的过度磨损。
如上所述，由于每个板式换热器24均是平板形的，所以包含在可燃性物质27中的可以是金属丝形式的不燃性物质不易与板式换热器24缠住。因而流化床炉1可无故障地连续操作。
图7A和7B示出根据本发明的第三实施方案的流化床燃烧设备。
第三实施方案的流化床燃烧设备不同于图6所示的第二实施方案的流化床燃烧设备，区别在于耐火材料的分割壁34′与板式换热器24′组成一个整体。分割壁34′由固定地安装在侧壁33上的板式换热器24′支承。第三实施方案的流化床燃烧设备的其它结构细节与图6所示的第二实施方案的流化床燃烧设备相同。由于板式换热器24′支承分割壁34′，分割壁34′之下的连通口35中没有障碍。因而，已进入热能回收室RTH中的不燃性物质无阻碍地通过连通口35返回主燃烧室RCU中。从而，流化床燃烧设备可无故障地操作。
图8示出根据本发明的第四实施方案的流化床燃烧设备。
如图8所示，第四实施方案的流化床燃烧设备包括流化床炉1，其中装有用于给流化介质赋予大体上高流化速度的第二扩散板3，和用于给流化介质赋予大体上低流化速度的第三扩散板4。第三扩散板4与第二扩散板3相连。不燃性物质排出口28设在第二扩散板3和流化床炉1的侧壁33之间。第三扩散板4和第二扩散板3朝向不燃性物质排出口28向下倾斜。流化气室7和8分别设在第二和第三扩散板3和4之下。连接管10和11分别与流化气室7和8相连，用于通过其将流化气13和14引入室7和8。
第二扩散板3中设有多个喷嘴16，其与流化气室7相通并朝向流化介质的流化区开口。第三扩散板4中设有多个喷嘴17，其与流化气室8相通并朝向流化介质的流化区开口。
在流化床炉1中，流化气14通过设在第三扩散板4中的喷嘴17以相对低的流化气速率从流化气室8加入流化床中，从而在流化床炉1中的第三扩散板4之上形成流化介质的弱流化区20。流化气13通过设在第二扩散板3中的喷嘴16以相对高的流化气速率从流化气室7加入流化床中，从而在流化床炉1中的第二扩散板3之上形成流化介质的强流化区19。此时，在弱流化区20中，形成流化介质的下降流23，和在强流化区19中，形成流化介质的上升流22。结果，在流化床中产生循环流，其中在强流化区19中流化介质向上移动，在弱流化区20中流化介质向下移动。
用于从流化床回收热能的热能回收装置设置在第三扩散板4之上的弱流化区20中。热能回收装置包括多个水平间隔的平行板式换热器24，每个换热器垂直延伸。
流化气13通过设在流化气室7的侧壁中的喷嘴39从流化气室7加入不燃性物质排出口28，排出口28靠近第二扩散板3。通过喷嘴39加入不燃性物质排出口28的流化气13用于在不燃性物质排出口28之上形成流化介质的弱流化区38。
当可燃性物质27从入口(未示出)向下加入弱流化区38中时，可燃性物质27与下降流21一起进入弱流化区38，并在弱流化区20中的有少量氧的还原气氛下热分解和燃烧。然后，可燃性物质27与循环流一起进入强流化区19，并在有大量氧的氧化气氛下充分地燃烧，同时可燃性物质27与强流化区19中的上升流22一起向上移动。可燃性物质27在这种还原和氧化气氛的组合中燃烧，从而排出具有改善质量例如NOx减少的排出气。在强流化区19的上部区域，一部分已加热至高温的流化介质转向弱流化区20，在此流化介质与下降流23一起下降并将热量传递给板式换热器24。
流化介质将热量传递给板式换热器24之后，已下降的流化介质水平指向并循环回强流化区19。此时，包含在流化介质中的多数不燃性物质沉淀而通过不燃性物质排出口28排放。
由于其中可燃性物质已在强流化区19中充分地燃烧的流化介质流入弱流化区20，所以装有板式换热器24的弱流化区20有氧化气氛。因而，板式换热器24不会在还原气氛中腐蚀。由于板式换热器24安装在弱流化区20中，所以不经受暴露于强流化区19时所造成的过度磨损。
由于每个板式换热器24均是平板形的，所以包含在可燃性物质27中的可以是金属丝形式的不燃性物质不易与板式换热器24缠住。因而流化床炉1可无故障地连续操作。
图9示出根据本发明的第五实施方案的流化床燃烧设备。
第五实施方案的流化床燃烧设备有这样一种结构，一对有图9所示结构的流化床炉1相对于位于炉中心的不燃性物质排出口28相互对称地并到一起。
具体地，如图9所示，流化床燃烧设备有第三扩散板4、和与第三扩散板4相连的第二扩散板3。不燃性物质排出口28设在第二扩散板3之间。热能回收装置设置在第三扩散板4之上的弱流化区20中，包括多个水平间隔的平行板式换热器24。可燃性物质27从入口(未示出)加入不燃性物质排出口28之上的弱流化区38中。
第五实施方案的流化床燃烧设备以与如图8所示的第四实施方案的流化床燃烧设备相同的方式操作。
在图1-9所示的实施方案中，虽然图示说明的第一、二和三扩散板2、3和4是朝向不燃性物质排出口28向下倾斜的，但第一、二和三扩散板2、3和4也可水平放置。
图10示出根据本发明的第六实施方案的流化床燃烧设备。
第六实施方案的流化床燃烧设备结构与图1所示的第一实施方案的流化床燃烧设备基本相同，但在装有板式换热器24的区中形成上升流。
具体地，如图10所示，流化气通过设在流化气室7和8的侧壁中的喷嘴40从流化气室7和8加入不燃性物质排出口28，从而形成流化介质的弱流化区41，其中流化介质以大体上低的流化速度流化。倾斜的壁43从侧壁33向内延伸至第二扩散板3之上一位置，悬于第三扩散板4和不燃性物质排出口28之上。倾斜的壁43用于将向上移动的流化介质折射向不燃性物质排出口28之上的弱流化区41。
具体地，板式换热器24设在其中流化介质以比弱流化区41中高的流化速度流化的区中，从而形成流化介质的上升流42，其被倾斜壁43导引至弱流化区41。在弱流化区41中，形成流化介质的下降流44。流化介质的下降流44有最低的流化速度，流化介质的上升流42有中等的流化速度，流化介质的上升流22有最高的流化速度。
图11示出根据本发明的第七实施方案的流化床燃烧设备。
根据第七实施方案，流化床燃烧设备有这样的结构，一对结构如图10所示的流化床炉相对于位于炉中心的流化气室6相互对称地并到一起。第七实施方案的流化床燃烧设备功能与图10所示的第六实施方案的流化床燃烧设备相同，将不详细描述。
图12示出根据本发明的第八实施方案的流化床燃烧设备。
第八实施方案的流化床燃烧设备有靠近侧壁33并从侧壁33延伸的第三扩散板4，与第三扩散板4相连的第二扩散板3，和与第二扩散板3水平间隔的第一扩散板2。不燃性物质排出口28限定在第一和第二扩散板2和3之间。流化气室6、7和8分别限定在第一、第二和第三扩散板2、3和4之下。流化气通过设在流化气室6和7的侧壁中的喷嘴39从流化气室6和7进入不燃性物质排出口28。第八实施方案的流化床燃烧设备的其它细节与图1所示的第一实施方案的流化床燃烧设备的相同。
当可燃性物质27从入口(未示出)向下加入弱流化区18中时，可燃性物质27与下降流21一起进入弱流化区18，并在弱流化区18中的有少量氧的还原气氛下热分解和燃烧。然后，可燃性物质27被循环流带至不燃性物质排出口28之上一位置。由于从喷嘴39进入的流化气在不燃性物质排出口28之上形成强流化区，包含在可燃性物质27中的不燃性物质落入不燃性物质排出口28而由此排放。当含有减少浓度的不燃性物质的流化介质到达第二扩散板3之上的强流化区19时，该流化介质与上升流22一起向上移动，然后转向装有板式换热器24的弱流化区20。由于此流化介质中不燃性物质的浓度已降低，所以该板式换热器24比图1所示的第一实施方案的流化床燃烧设备更不易被不燃性物质阻塞。
图13示出根据本发明的第九实施方案的流化床燃烧设备。
如图13所示，第九实施方案的流化床燃烧设备包括流化床炉1，其中装有用于给流化介质赋予大体上低流化速度的第一扩散板2，和用于给流化介质赋予大体上高流化速度的第二扩散板3。第一扩散板2与第二扩散板3相连，第二扩散板3与侧壁33水平间隔。不燃性物质排出口28设在第二扩散板3和侧壁33之间。第一和第二扩散板2和3朝向不燃性物质排出口28向下倾斜。流化气室6和7分别限定在第一和第二扩散板2和3之下。喷嘴45限定在侧壁33中并开口至不燃性物质排出口28的上部，用于将流化气喷入不燃性物质排出口28。连接管9与流化气室6相连，用于将流化气12引入流化气室6，和连接管10与流化气室7相连，用于通过阀V1将流化气13引入流化气室7。流化气13也通过阀V2供给喷嘴45。
流化气12通过设在第一扩散板2中的喷嘴15以相对低的流化气速度从流化气室6进入流化床，从而形成在第一扩散板2之上的流化介质的弱流化区18。流化气13通过设在第二扩散板3中的喷嘴16以相对高的流化气速度从流化气室7进入流化床，从而形成在第二扩散板3之上的流化介质的强流化区19。此时，在弱流化区18中形成流化介质的下降流21，而在强流化区19中形成流化介质的上升流22。倾斜的壁43将流化介质的上升流22折射向弱流化区18。结果，在流化床中形成循环流，其中流化介质在强流化区19中向上移动，和在弱流化区18中向下移动。
流化气13还从喷嘴45进入不燃性物质排出口28的上部，从而形成强流化区19中流化介质的上升流。在强流化区19的侧面作为侧壁33的壁表面形成板式换热器46。
由于板式换热器46是平板形的并用作壁表面不向内伸入强流化区19，所以可防止包含在可燃性物质27中的可以是金属丝形式的不燃性物质与板式换热器缠住。因此，流化床燃烧设备可无故障地操作。
图14示出根据本发明的第十实施方案的流化床燃烧设备。
第十实施方案，流化床燃烧设备有这样的结构，一对结构如图13所示的流化床炉相对于位于炉中心的流化气室6相互对称地并在一起。第十实施方案的流化床燃烧设备功能与图13所示的第九实施方案的流化床燃烧设备相同，将不详细描述。
在上述实施方案中，虽然已作为流化床反应器的一个例子描述了流化床燃烧设备，但本发明对用于从含有可燃性物质和不燃性物质的固体物质中生产气体的气化设备也适用。在此情况下，设备的结构与图1-14所示的相同，但流化气中的氧气流量低于用于燃烧加入炉中的可燃性物质所需的化学计量氧气流量。
如以上描述中所体现的，本发明具有以下优点(1)在常规设备中，包含在废物中的金属丝形式的不燃性物质趋于沉积在流化床中而与传热管缠住，因而流化介质的流化不能平稳地进行，造成炉的故障。迄今还没有可用于从包括金属丝形式的不燃性物质的工业废物如废轮胎中回收能量的有效方法。然而，根据本发明，通过使用板式换热器用于从流化床回收热能，包含金属丝形式的不燃性物质的可燃性物质可被氧化，且热能可无阻碍地回收。因此，有可能利用迄今还未被利用的从工业废物中回收的能量。
(2)可燃性物质加入有还原气氛的、其中流化介质被赋予相对低流化速度的区中，在还原气氛中燃烧，然后在有氧化气氛的、其中流化介质被赋予相对高流化速度的区中燃烧。即，可燃性物质在这种还原和氧化气氛的组合中燃烧，从而排出具有改善质量例如NOx减少的排放气。进一步地，由于有另一个有氧化气氛的、其中装有热能回收装置的弱流化区，所以热能回收装置不经受在还原气氛中的腐蚀。
(3)由于强流化区和不燃性物质排出口设置在热能回收装置和可燃性物质入口之间，所以包含在可燃性物质中的不燃性物质在到达热能回收装置之前从不燃性物质排出口排出。即使一些不燃性物质偶然到达热能回收装置，由于热能回收装置是平板形的，不燃性物质也不易与热能回收装置缠住。从而，该不燃性物质被循环流带回不燃性物质排出口而由此排出。
(4)板式换热器包括多个依次相互平行延伸的相邻传热管并由翅片相互连接。如此构造的板式换热器可用于传热的表面积很大。由于每个传热管的长度可相对地较短，所以其中的任何压力损失相对地较低。如果可用于传热的表面积保持不变和用于板式换热器的循环泵有相同的输出功率，则提供此表面积的板式换热器的数量可大大减少。因此，根据本发明，有可能利用从废物如废轮胎中回收的能量，而由于这种废物燃烧时产生金属丝形式的不燃性物质会造成炉的故障，所以迄今还不能利用。
虽然已示出并详细描述了本发明的一些优选的实施方案，但应理解在不超出所附权利要求的范围的情况下可做各种改变和修改。
权利要求
1.一种用于在有流化介质的流化床炉中氧化含不燃性物质的可燃性物质的流化床反应器，包括多个设置在所述流化床炉底部的流化气扩散装置，用于提供流化气和给所述流化床炉的流化床中的流化介质赋予不同的流化速度，以在流化介质的流化速度大体上高的流化区中形成流化介质的上升流和在流化介质的流化速度大体上低的流化区中形成流化介质的下降流；和设置在流化介质的流化速度大体上低的所述流化区中的板式热能回收装置，所述板式热能回收装置具有垂直延伸的热回收表面。
2.根据权利要求1的流化床反应器，其中所述板式热能回收装置包括至少一个板式换热器，所述板式换热器有多个位于一个平面中并由翅片相互连接的传热管，所述传热管共同提供所述的热能回收表面。
3.一种用于在有流化介质的流化床炉中氧化含不燃性物质的可燃性物质的流化床反应器，包括多个设置在所述流化床炉底部的流化气扩散装置，用于提供流化气和给所述流化床炉的流化床中的流化介质赋予不同的流化速度，以形成在流化介质的流化速度大体上高的流化区中流化介质的上升流和在流化介质的流化速度大体上低的流化区中流化介质的下降流；位于流化介质的所述上升流的上部的倾斜的壁，用于折射流化介质的物流，以形成在流化介质的流化速度最低的流化区中流化介质的下降流，和在流化介质的流化速度中等以产生适度的上升流的流化区中流化介质的上升流；和设置在流化介质的流化速度中等的所述流化区中的板式热能回收装置，所述板式热能回收装置有垂直延伸的热回收表面。
4.根据权利要求3的流化床反应器，其中所述板式热能回收装置包括至少一个板式换热器，所述板式换热器有多个位于一个平面中并由翅片相互连接的传热管，所述传热管共同提供所述的热能回收表面。
5.一种用于在有流化介质的流化床炉中氧化含不燃性物质的可燃性物质的流化床反应器，包括一分割壁，其将流化床炉的内部空间分割成多个用于产生多个流化床的区，在所述分割壁之上下所述流化床相互连通；多个设置在所述流化床炉底部的流化气扩散装置，用于提供流化气和给所述流化床炉的流化床中的流化介质赋予不同的流化速度，以形成在流化介质的流化速度大体上高的流化区中流化介质的上升流和在流化介质的流化速度大体上低的流化区中流化介质的下降流，一部分流化介质的所述上升流越过所述分割壁的上端进入所述流化床之一，形成移动床以使流化介质适度地下降，而通过所述分割壁之下的连通口返回流化介质的流化速度大体上高的其它所述流化床用于循环；和设置在形成所述下降移动床的所述流化区中的板式热能回收装置。
6.根据权利要求5的流化床反应器，其中所述板式热能回收装置包括至少一个板式换热器，所述板式换热器有多个位于一个平面中并由翅片相互连接的传热管，所述传热管共同提供所述的热能回收表面。
7.根据权利要求5的流化床反应器，其中所述分割壁和所述板式热能回收装置相互合并成一整体。
8.一种用于在有流化介质的流化床炉中氧化含不燃性物质的可燃性物质的流化床反应器，包括多个设置在所述流化床炉底部的流化气扩散装置，用于提供流化气和给所述流化床炉的流化床中的流化介质赋予不同的流化速度，以形成在流化介质的流化速度大体上高的流化区中流化介质的上升流和在流化介质的流化速度大体上低的流化区中流化介质的下降流；位于流化介质的所述上升流的上部的倾斜的壁，用于折射流化介质的物流；和在所述流化床炉的侧壁上提供有板式传热表面，延伸至所述倾斜壁的下端。
9.一种用于在有流化介质的流化床炉中氧化含不燃性物质的可燃性物质的流化床反应器，包括一个设置在所述流化床炉底部的流化气扩散装置，用于提供流化气和给流化介质赋予大体上高的流化速度，以形成一强流化区；设置在所述流化床炉底部用于提供流化气的流化气扩散装置，其位于所述流化气扩散装置的一侧，用于给流化介质赋予大体上低的流化速度，以形成弱流化区；设在所述弱流化区之一中的一热能回收装置；用于将可燃性物质加入其它所述弱流化区中的一人口；和一不燃性物质排出口，设在用于给流化介质赋予大体上高的流化速度的流化气扩散装置和用于给流化介质赋予大体上低的流化速度的流化气扩散装置之间。
10.根据权利要求9的流化床反应器，其中，调节所述流化气中所含的氧气量以使可燃性物质加入其中的所述弱流化区有还原气氛，和所述强流化区有氧化气氛。
11.根据权利要求9或10的流化床反应器，其中所述热能回收装置包括一个板式热能回收装置。
12.根据权利要求11的流化床反应器，其中所述板式热能回收装置包括至少一个板式换热器，所述板式换热器有多个位于一个平面中并由翅片相互连接的传热管，所述传热管共同提供所述的热能回收表面。
全文摘要
一种流化床反应器适用于均匀地氧化—即燃烧或气化含有可燃性物质和不燃性物质的固体物质，稳定地从氧化的燃性物质中回收热能，同时平稳地排放不燃性物质。该流化床反应器包括多个设置在所述流化床炉底部的流化气扩散装置，用于给所述流化床炉的流化床中的流化介质赋予不同的流化速度，以在流化介质的流化速度大体上高的流化区中形成流化介质的上升流和在流化介质的流化速度大体上低的流化区中形成流化介质的下降流，和设置在流化介质的流化速度大体上低的所述流化区中的板式热能回收装置，所述板式热能回收装置有垂直延伸的热回收表面。
文档编号F23G5/46GK1155449SQ9612081
公开日1997年7月30日 申请日期1996年11月15日 优先权日1995年11月15日
发明者永东秀一, 大下孝裕 申请人:株式会社荏原制作所