专利名称：循环流化床技术冷却气体的方法以及该法中所用循环流化床冷却器的制作方法
技术领域：
本发明涉及循环流化床冷却气体的方法，其中气体流过循环流化床物料形成的流化床，部分循环流化床物料随气体流动，并使循环流化床物料与气流分离后返回流化床，并且通过冷却待返回循环流化床物流而进行至少部分冷却。本发明还涉及冷却气体的循环流化床冷却器，其中包括将待冷却气送入冷却器的装置，被冷却气排气管，在流化床下部形成流化床并随气体流到排气管的粒状循环流化床物料，至少一根将循环流化床物料回送入流化床的返回管以及至少一个冷却气流和循环流化床物料的冷却构件。
循环流化床技术在燃烧和气化工艺中常使用。与其它类型反应比较，循环流化床技术的基本优点是具有优异的气体和颗粒间传质和传热功能。采用足够的气速可在反应器中建立近乎等温的状态。这非常有利于燃烧和气化工艺的管理。
芬兰专利申请№.813717说明了用循环流化床技术从含熔融物料和/或蒸汽的气体中回收热的方法。在该文献所述解决方案中，工艺气体用冷却元件直接冷却气流而得以冷却并且气流中夹带的循环流化床物料返回流化床，即经过气体排出管到流化床侧的管道。该法的缺点是对直接设在气流中的冷却器操作中气温的调节不够有效，尤其在要求一定排气温度时如此，因此该装置的应用范围很窄。而且，该冷却器中气流中夹带的颗粒冷却不够有效，因此返回流化床时很热，这更阻碍了该装置的操作。
从循环流化床冷却器的角度看，基本要求是循环流化床物料的调节与装置的额定负荷无关。而且，在许多工艺中要求在宽负荷范围内反应器温度保持恒定。在化学动力学要求在窄温度范围内操作的方案中，这一点尤其重要。而实施以往的循环流化床技术时，就可能达到这一点。
对循环粒流的返回段进行冷却是已知的，如见于US4165717，其中基于鼓气流化床技术的单独换热器已用于返回循环段。但其中例如要采用单独的流化气流，这对旋风分离器的操作不利。而且，该方案实施起来很复杂，其工艺调节难于掌握。某些情况下，实际上以其它方式构成待冷却返回管，其中返回管仅进行少量冷却。这些方案既复杂，又难于实施，而且其可控性低，操作范围窄。
本发明目的是提出一种循环流化床技术及其冷却器，其中待处理气流排气温度的调节与装置负荷无关。本发明方法特点是在独立于气流管的换热器中用不同于循环流化床物料的冷却介质冷却待返回循环流化床物流而实现基本上完全冷却，其中气流的冷却是用返回到流化床且温度低于流化床温度的循环流化床物流进行的。本发明循环流化床冷却器特点是其中包括作为冷却构件而流通冷却介质的换热器，所有将循环流化床物料返回到流化床的返回管经过该换热器以使返送的循环流化床物料得以在换热器中单独用冷却介质冷却，在冷却器下设有带孔封闭空间，其中返回的循环流化床物料不断形成活塞式层，从而防止气体经返回管而流入排气管。
本发明冷却方法的基本特征是通过在基本上立式设于固体返回管中的冷却器中冷却固体而实现大部分冷却(优选总冷却量的80-100%)，固体在重力加速作用下自由流过所说冷却器，并且再用被冷却的循环固体冷却气体。该目的是这样达到的，即在循环流化床冷却器的固体返送物流中设置大量的冷却面，其中待冷却气基本上不与冷却面接触，而是在与循环流化床物料返回管相连的换热器中将待处理气已冷却的颗粒混合而实现气体冷却。本发明之换热器中优选设有大量返回管，其中循环流化床物料，如砂向下流过换热器，换热器作为冷却构件，同时空气或其它某些合适介质经邻近管流通，该介质流入返回管外部，冷却其壁并因此也冷却待返回循环流化床物料，如砂，而在此过程中本身也热起来。本发明方法优点是对冷却效率的调节容易并且操作简单，因为主要是经过冷却循环流化床物料而间接进行冷却，并且最多只有少量冷却直接进行，方式是工艺气体沿冷却器传热外表面流动。
以下参照附图详述本发明。
图1表明本发明循环流化床冷却器结构和操作原理。
图2表明图1循环流化床反应器沿A-A线截面。
图3a和3b详细表明循环流化床冷却器结构和操作方式。
图1表明了本发明循环流化床冷却器，其中包括热气反应器1，从中将待冷却气导入循环流化床冷却器。2表示循环气控制器，包括流化嘴13和13a(以下详述)，从中将循环气导入流化床。循环气控制器还包括示为3的热气嘴。循环流化床冷却器，即流化床室之下部示为4。为保证足够颗粒浓度，下部4之截面大于环形上部，即反应室5之截面，经反应室5气体和颗粒流入循环流化床冷却器之上部。
气体和循环流化床物料颗粒从环状反应室5切向送入旋风分离室9，其中经过轴向对称设于循环流化床冷却器上部的旋风叶片控制器6。基本上净化而无颗粒的气体经旋风分离器中心管，即废发管7排出后作进一步处理。设在旋风分离器中的中间板示为8，用其将旋风分离室9和其下部的颗粒分布室15分开。设分布室的目的是分布进入循环段，即待返回流化床粒料流，使其在典型的同流换热器10的返回管中均匀分布。装置中设嘴件(锥嘴)14而形成封闭室，其中经换热器10返回的循环流化床物料形成了塞状层，均匀地经嘴件14中心的孔而流入流化床室4。这样设计的目的是防止气体向上流过换热器10。气体或其它介质的冷却物流进入换热器的入口通道示为11，而该物流从换热器排出的出口通道示为12。冷却介质物流在返回管外部经过换热器，冷却该管并因而冷却其中所含粒料流，同时自身得以加热。
图2为图1中循环流化床冷却器沿A-A线的截面示意图。图2示出了环形反应室5，在其中心基本上同心设置了并流冷却器10。返回管10a从室15伸到嘴件14的空间，经冷却器10。根据用途，冷却介质可为空气，某些其它合适气体，水，某些其它液体或物流，流经管10a外侧。
实施例热气 入口 出口温度 960℃ 480℃压力 1.1MPa 1.0MPa气流 86.8mol/s 86.8mol/sNa2S物流 0.37mol/s 0.37mol/sNa2CO3物流 0.88mol/s 0.88mol/s
冷却空气 入口 出口温度 290℃ 416℃压力 1.3MPa 1.2MPa气流 5410mol/s 5410mol/s循环流化床冷却器下部颗粒浓度优选50-150Kg/m3，上部为5-30Kg/m3。采用适当粒径分布的循环物料，就可将颗粒密度分布调为所述范围，而不会涉及到气流。考虑到装置设计上的具体结构的典型气速为3-8m/s。若循环物料粒径分布不能加以选择，在某些情况下就必须相当高的速度，甚至达30m/s。
本发明中保持足量的循环流化床物料，其中采用循环气，是经图3a和3b所示单独的喷射底16送入循环流化床冷却器的，因此可将热气嘴3之间的区域保持在流化状态下。图3b示出了图3a喷射底沿B-B线的示意图，表明本发明喷射底结构及其操作。从中可看出，本发明循环流化床冷却器可有效地设置双喷射底，其中待冷却热气经尺寸优选相当大(D＝20-60mm)的喷嘴3送入冷却器，而循环气体则经常规小喷嘴13导入。而且，经喷嘴孔3导入流化气，孔设在双喷射底16之下板16a中并导送工艺气，围绕工艺气进气物流，方式是工艺气孔3之上的上喷射底板16b在所说的工艺气孔的位置具有直径比孔3大的孔13a，因此可使从管2流出的流化气B在上下喷射底板16a和16b之间流过并围绕工艺气流A而进入环形，同时还流经喷嘴孔。这种设计可避免热气包围喷嘴，因为若热气含冷凝化合物或考虑到其温度高可能使围绕喷嘴的流化床物料熔化，经常就会出现问题。
在某些情况下，只在喷射底之上的稀区才增加或保持高颗粒浓度。在这种情况下，例如可防止绕热气喷嘴形成柱环，而且又不会增加经过冷却器的固体物流。另一方面，可能存在的熔融和冷凝物料也可基本上绕所说粗物料收集起来。循环流化床物流用更细粒料保持。通过调节循环气流，可调节经过与循环流化床物流相连的换热器的物流，这时冷却器的换热能力亦可调。因为一减少循环气流，相当一部分颗粒在冷却器之喷嘴底保持流化状态，调节循环气流的影响是迅速而有效的。另一种调节换热效果的方式是增加或减少冷却器中循环流化床物料量。
应注意到，上述及附图仅为举例，本发明绝不仅限于此。
权利要求
1.循环流化床技术冷却气体的方法，其中将气体送过循环流化床物料形成的流化床，这样部分循环流化床物料随气流流动并进而将夹带在气流中的循环流化床物料与气流分开并返回流化床，并且通过冷却待返回循环流化床物料而实现至少部分冷却，其特征是通过在独立于气流管的换热器(10)中用不同于循环流化床物料的冷却介质冷却待返回循环流化床物料而实现基本上完全冷却，其中气流的冷却是用返回到流化床中且温度比流化床低的循环流化床物流进行的。
2.权利要求1的方法，其特征是通过控制流经设在流化床空间底部的流化喷嘴(13)的气流而调节循环流化床物流，并且热气经独立于流化喷嘴且截面更大的喷嘴(3)送入冷却器。
3.权利要求1或2的方法，其特征是循环流化床物流用绕热气流而环状提供且温度低于热气流温度的气流调节。
4.权利要求1-3中任一项的方法，其特征是流化床颗粒悬浮体由具有两种粗度的粒料构成，其中足够稠的流化态颗粒悬浮体由较粗的粒料维持，而冷却所要求的循环流化床物料流由较细的粒料维持。
5.冷却气体的循环流化床冷却器，其中包括将待冷却气送入冷却器的装置，冷却气排气管，在冷却器下部形成流化床并随气体流到排气管的粒状循环流化床物料，将循环流化床物料返回流化床的至少一根返回管和将气流和循环流化床物料冷却的至少一个冷却构件，其特征是其中包括换热器(10)作冷却构件，其中通过冷却介质，将循环流化床物料返送入流化床的所有返回管经过换热器以使返回的循环流化床物料在换热器中独立于冷却介质冷却，在冷却器下部设开孔封闭空间，其中返回的循环流化床物料连续形成塞状层，从而避免气流经返回管而进入排气管。
6.权利要求5的冷却器，其特征是在其上端设旋风分离室(9)，用以将循环流化床物料与气体分开，排气管基本上置于旋风分离室中心，在旋风分离室下设循环流化床物料分布室(15)，旋风分离室(9)和分布室(15)由中间板(8)分开，并且在分布室(15)下设换热器(10)。
7.权利要求5或6的冷却器，其特征是在换热器(10)下端的封闭空间包括基本上与换热器对称设置的锥嘴(14)。
8.权利要求5-7中任一项的冷却器，其特征是冷却器为圆形截面且旋风分离室(9)和换热器(10)旋转对称设在冷却器中以围绕换热器(10)形成待冷却气的基本上环状流道管，其中循环流化床物料经换热器(10)基本上返回到冷却器下部的流化床中心。
9.上述权利要求中任一项的冷却器，其特征是冷却器的喷射底板包括单独的循环气嘴(13)，用以将循环气送入冷却器，以及单独的热气嘴(3)，用以将待冷却热气送入冷却器。
10.上述权利要求中任一项的冷却器，其特征是喷射底板包括导送绕热气嘴(3)出来的热气流的环状循环气流的管。
全文摘要
本发明涉及循环流化床技术冷却气体的方法，其中气体送过循环流化床物料形成的流化床以及部分循环流化床物料随气流流动并使气流中夹带的循环流化床物料与气流分离后返回流化床且通过冷却待返回循环流化床物流而实现至少部分冷却。该法特征是在独立于气流管的换热器(10)中冷却待返回循环流化床物料而实现完全冷却。其中气流的冷却用返回流化床且温度低于流化床温度的循环流化床物流进行。
文档编号B01J8/44GK1064149SQ9210044
公开日1992年9月2日 申请日期1992年1月24日 优先权日1991年2月14日
发明者S·劳图 申请人:坦佩拉动力股份公司