专利名称：流化床热反应装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流化床(沸腾层)热反应装置，例如流化床燃烧装置，流化床碳化系统，其中，含有不可燃成分的固体可燃物质--例如工业废物，城市废物或煤在一流化床炉中燃烧或气化。更具体地说，本发明涉及这样的流化床热反应装置，其能从流化床炉中平稳地排出不可燃成分，避免了不可燃成分沉积在炉中的特定位置，均匀和有效地燃烧或气化上述可燃物质，并稳定地回收生成物，例如热能或可燃气体。
随着经济的发展，含有不可燃成分的固体可燃物质--例如工业废物或城市废物--的数量正在不断增加。这种可燃物质含有大量的能量，但其特性和形状等都不同，并有大量的不规则形式的不可燃物质混在其中。所以，难于稳定地燃烧这样的可燃物质，以有效地利用能源，或使其气化而生产可燃气。
JP-A4-214110(日本专利申请未审查公告(KOKAI)NO.4-214110)公开了一种用于废物的流化床燃烧装置，其中，含有不可燃物质的废物在一流化床炉中燃烧，并在燃烧过程中，不可燃物质平稳地排出炉外，由此得到一稳定的燃烧。在该公告的
图1所示的燃烧装置中，在空气扩散板40和炉壁之间形成一不可燃物质排出口50，并且空气扩散板顶面44是倾斜的，使更接近不可燃物质排出口50的顶面44的侧面处于一更低的平面，比供到空气扩散板40较高侧的一个更大量的空气供到空气扩散板40的下侧。然而，在空气扩散板40的下侧，供进的大量空气使流化床更强烈地流态化。所以，流化床显示了接近于流体的特性。在该流化床中，比重大于流化床的物质下降，而比重小于流化床的物质飘浮在其中。于是，发生了所谓的重力分离作用。所以，大比重的不可燃成分下沉，并在到达不可燃成分出口50之前沉积在炉底，这是不利的。另外，因为不可燃物质排出口50--其不供应流态化气体--是开在炉底平面上，所以，处于不可燃物质排出口50上方的流化床的一部分是不稳定的。
JP-A-4-214110公告中图11所示的热处理装置有空气扩散板90a和90b，它们有从炉中心分别向两个不可燃物质排出口95a和95b延伸的向下倾斜面，还有空气扩散板90c，90d，它们有从炉侧壁分别向不可燃物质排出口95a，95b延伸的向下倾斜面。从接近于不可燃物质出口的空气扩散板比从通过空气腔93c，93e其他部分供应一个更大量的空气。通过大量空气进行有力流体化的流化床显示了接近于流体的特性。所以，在流化床中发生了所谓的重力分离。即，比重大于流化床的物质下降，而比重小于流化床的物质飘浮在其中。
随着有大比重的不可燃成分的下沉，在其到达不可燃物质排出口95a和95b之前，它们沉积在炉底。这就妨碍了不可燃物质的平稳排出。另外，其流动性逐渐变差，最后使装置无法工作。同时，不可燃物质排出口(其中没有流态化气体吹入)是开在炉底的平面上。所以，在不可燃物质排出口附近和上方形成了一没有流态化的固定床。固定床妨碍了在流化床中形成平稳的循环流。这妨碍了流化床中燃料的分配和混合以及不可燃成分的排出。
JP-B2-5-19044(日本专利申请审查后公告NO.5-19044)公开了一种流化床炉，用于焚化包含了不可燃物质例如金属片，土石等的废物。在该公告中的流化床炉的炉底有一向下倾斜面，其向设在炉底中心的不可燃物质出口5延伸，送入流态化空气，使在不可燃物质排出口附近的炉底的每单位面积上的流态化气体的量是大的，并向炉侧壁逐渐减少。所以，在流化床中发生循环流，其在不可燃物质排出口中心前向上流动，并在炉侧壁附近向下流动。同时，废物送到不可燃物质排出口5的正上方的区域。所以，送入的废物由上升流吹起并在床顶部燃烧，或扩散于自由板并在那里燃烧。所以，在流化床中的燃烧效率不利地减少了。
在废物从炉侧壁侧送入以消除上述问题的情况下，下降流使废物有利地在流化床中分布和混合，并改善了床中燃烧的效率。然而，因为大量的空气在不可燃物质排出口5前的位置送入，由大量的空气有利地流体化的流化床如JP-A-4-214110一样显示了接近流体的特性。在该位置，比重大于流化床的物质下沉，而比重小于流化床的物质飘浮。即，发生了所谓的重力分离。所以，大比重的不可燃成分下沉，然后在其到达不可燃物质排出口之前沉积在炉底。这就妨碍了不可燃成分的平稳排出。在有相同流化床的流化床气化装置中，同样出现了有关不可燃成分排出的问题。
本发明的目的是解决普通技术中的问题，并提供了一种流化床热反应装置，其中，在一流化床炉中燃烧含有不可燃成分的固体可燃物质，例如工业废物，城市废物或煤等，并且，大比重的不可燃成分能平稳地排出流化床炉外，以致避免了不可燃成分在炉中特定位置的沉积，并且炉中的流体化是稳定的，由此能使可燃物质稳定地燃烧或气化。
当由一活动床(其中，流质处于固定床和流化床之间的过渡状态)支承时，大比重的不可燃成分--例如铁--不易下沉，而是能水平移动。然而，在一个流质强有力流化的流化床中，这种不可燃成分迅速下降和沉积，于是，难于运动和排出。由于这一事实，更具体地说，本发明的一个目的是提供一种流化床热反应装置，其中，通过一活动床将已送入炉中的含有不可燃成分的可燃物质移动到不可燃成分出口附近，并且，流质在不可燃成分出口附近有力地流态化，由此，迅速地使可燃物质燃烧或气化，并通过下沉允许大比重的不可燃成分从可燃成分中分离出来，并从不可燃成分出口排出。
本发明的另一目的是提供一种流化床热反应装置，其中，能防止不可燃成分出口使流态化气流中断，并且在炉中形成的流质的主流化床和主循环流是稳定的，由此能使可燃物质有利地燃烧或气化。
本发明的另一目的是提供一流化床热反应装置，其中，已送入炉中的包含不可燃成分的可燃物质在流质的下降流和水平流中移动，通过气体淘析作用产生小比重的并具有高可燃物质浓度的上流化床和大比重的并具有高不可燃成分浓度的下流化床，高可燃成分浓度的上层与上升流混合，通过不可燃成分出口上方，然后进一步循环，同时在大比重和高不可燃成分浓度的下流化床中的不可燃成分和流质优先地从不可燃成分出口排出炉外。
本发明的另一目的是提供一流化床热反应装置，其能有效地将不可燃成分排出炉外，并通过设置在与主流化床分离的付流化床中的热回收装置稳定地回收热能。
本发明提供了一种流化床热反应装置，包含不可燃成分的可燃物质在流化床炉中燃烧或气化，其中，具有大量的流态化气体供气孔的弱扩散板和强扩散板设置于炉的底部形成一主流化床，一长或圆的不可燃成分出口设置于弱扩散板和强扩散板之间；用于将可燃物质供入流化床炉中的可燃物质供料口被设置使可燃物质能落在弱扩散板上方的区域；弱扩散板能供给流态化气体使流质具有较低的流化速度，并形成一流质的下降流；弱扩散板有一向不可燃成分出口延伸的向下倾斜面；强扩散板能提供流态化气体而使流质有一较高的流化速度，并形成流质的上升流；流质形成以一上升流和下降流交替流动的主循环流。一部分流态化气体从不可燃成分出口通过有大量流态化气体供气孔的附加扩散板供入，使在不可燃成分出口附近的流质流化，使流质在主流化床中连续，而使主循环流稳定。本发明的流化床热反应装置有使用空气，蒸汽，氧气，燃烧废气和它们的混合气作为流态化气体燃烧或气化可燃物质的功能，并能相对于可燃物质调节供入的氧化气体，例如空气或氧气的比例。
从可燃物质供料口供入的可燃物质与流质的下降流一起向下运动到炉底附近，然后沿弱扩散板的向下倾斜面在水平方向运动。在沿向下倾斜面水平运动的同时，可燃物质由从下面向上供入的流态化气体进行气体淘析，由此在不可燃成分出口附近产生小比重和高可燃成分浓度的上流化床和大比重和低可燃成分浓度的下流化床。高可燃成分浓度的上流化床与流质的上升流混合，经过不可燃成分出口上方，然后进一步循环燃烧。在下流化床中的流质和不可燃成分优先从不可燃成分出口排出。
在所述弱扩散板和不可燃成分出口之间具有一辅助扩散板，其上有大量的流态化气体供气孔，所述辅助扩散板能供入流态化气体使流质有较高的流化速度，所述辅助扩散板有一斜度比弱扩散板更陡的向下倾斜面，其位于弱扩散板下缘和不可燃成分出口之间，向不可燃成分出口延伸。
在所述强扩散板上方设有斜壁，使流态化气体翻转，并且流质在强扩散板上方朝炉中心，即弱扩散板上方的区域向上流动，在斜壁上方有一相对高度部分。强扩散板有一随着离不可燃成分出口的距离增加而逐渐升高的向上倾斜面，强扩散板的设置使随着离不可燃成分出口距离的增加流化速度也不断增加。
另外，在所述斜壁和炉侧壁之间有一热回收室，热回收室在斜壁的上和下端与炉中部连通，并且在热回收室中设有热回收装置，一第三扩散板设在强扩散板和炉侧壁之间，使第三扩散板与强扩散板的外缘邻接，第三扩散板能提供流态化气体使在热回收室中的流质具有较低的流化速度，第三扩散板有一与强扩散板同样斜度的向上倾斜面。
炉底的平面结构可以是矩形或圆形的，通过平行设置一矩形的弱扩散板，不可燃成分出口和强扩散板，或通过相对于矩形弱扩散板的脊部对称设置矩形的不可燃成分出口和矩形强扩散板而形成矩形炉底。圆形炉底由一锥形弱扩散板形成，其中心高而周缘低；不可燃成分出口的形状包括一组与弱扩散板同心设置的部分环形的部分；并且，强扩散板是环形的。
在本发明另一种形式中，提供了一种流化床热反应装置，包含不可燃成分的可燃物质在流化床炉中燃烧或气化，各具有大量的流态化气体供气孔的弱扩散板，辅助扩散板和强扩散板设置于炉的底部，一不可燃成分出口设置于辅助扩散板和强扩散板之间；一可燃物质供料口被设置使可燃物质能落在弱扩散板上方的区域；弱扩散板能供给流态化气体使流质具有较低的流化速度，并形成一流质的下降流；弱扩散板有一向不可燃成分出口延伸的向下倾斜面；辅助扩散板能提供流态化气体而使流质有一较高的流化速度，辅助扩散板有一斜度比弱扩散板更陡的向下倾斜面，其处于弱扩散板下缘和不可燃成分出口之间，使向下倾斜面向不可燃成分出口延伸；强扩散板能提供流态化气体而对流质提供一较高的流动速度，并形成一流质的上升流；在水平方向，辅助扩散板向下倾斜面的下缘基本与相邻的强扩散板的边缘重叠，但在垂直方向，这些边缘相互分离；不可燃成分出口开在所述两个边缘之间的垂直间隙中，即，出口是水平打开的。
最好，在所述强扩散板上方设有斜壁，使流态化气体翻转，并且流质在强扩散板上方朝炉中心，即向弱扩散板上方的区域向上流动。一自由板设在斜壁上方。强扩散板有一随着离不可燃成分出口的距离增加而逐渐升高的向上倾斜面，强扩散板的设置使随着离不可燃成分出口距离的增加流化速度也不断增加。在所述斜壁和炉侧壁之间有一热回收室，热回收室在斜壁的上和下端与炉中部连通，并且在热回收室中设有热回收装置，一第三扩散板设在强扩散板和炉侧壁之间，使第三扩散板与强扩散板的外缘邻接，第三扩散板能提供流态化气体使在热回收室中的流质具有较低的流化速度，第三扩散板有一与强扩散板大致同样斜度的向上倾斜面。
炉底的平面形状可以是圆形或矩形的。通过将矩形弱扩散板和强扩散板平行设置，或将矩形的弱扩散板和矩形的强扩散板相对于矩形弱扩散板的脊以一成角度的截面对称设置而形成一矩形炉底。通过一锥形弱扩散板，一与弱扩散板同心设置的倒锥形强扩散板，和一在弱扩散板的外缘和强扩散板内缘之间垂直间隙的开口形成的不可燃成分出口而形成一圆形炉底。
在本发明的流化床热反应装置中，通过弱扩散板供入的流态化气体给于流质一较低的流化速度，而形成一流质的下降流，通过强扩散板供入的流态化气体给于流质一较高的流化速度，而形成一流质的上升流。于是，形成了包括下降流和上升流的主流化床。在流质以下降流的方式向下流动后，其由弱扩散板的向下倾斜面引导成为一上升流，并在强扩散板附近上升。已到达流化床顶部的流质被引向炉中部，并再成为一下降流，于是形成一在主流化床中循环的主循环流。
通过一附加扩散板--其设在不可燃成分出口中--供入流态化气体，以致能提供一较高的流化速度，在不可燃成分出口附近和上方的流质被有力地流化。于是，在不可燃成分出口的上方的流质也成为一流化床，而不是一固定床。于是，从弱扩散板到强扩散板的流化区域是连续的，并且一主循环流--其在弱流化区是向下流动和在强流化区是向上流动--能稳定地形成而不会中断。在强扩散板上方的斜壁使在强扩散板上方向炉中心向上流动的流态化气体和流质翻转，而促进主循环流的形成。
可燃物质从可燃物质供料口落在弱扩散板上方的区域。弱扩散板上方的区域已被柔和地流化并处于一活动床的状态--其为一固定床和流化床之间的中间状态。在活动床中，可燃物质和不可燃成分在流质中为悬浮状态。所以，可燃物质和不可燃成分与流化床中的循环流一起向下流动，然后水平运动到强扩散板上方的流化区域--在该处流动速度是高的。然而，虽然可燃物质和不可燃成分悬浮在流质中，但它们是处于柔和的流化状态。所以，当可燃物质和不可燃成分水平运动的同时，所谓的重力分离缓慢地发生。即，比重大于活动床的物质逐渐下沉，而比重小于活动床的物质上浮。于是，小比重的可燃物质向上运动，而大比重的不可燃成分向下运动，于是，形成一高可燃成分浓度的上流化床和一高不可燃成分浓度的下流化床。
小比重的和高可燃成分浓度的上流化床与流质的上升流混合，经过不可燃成分出口上方，在燃烧装置的情况下，上流化床在有高流化速度的氧化气氛的上升流中满意地燃烧。因为上流化床有较小的不可燃物质含量，所以其能在上升流中有利地燃烧。在气化装置的情况下，可燃物质在上流化床中部分燃烧和有效地热分解。于是，能达到很好地气化。
大比重和高不可燃成分浓度的下流化床被导向弱扩散板的向下倾斜面，而进入不可燃成分出口--其设在弱扩散板和强扩散板之间。于是，流质和不可燃成分从不可燃成分出口排出。即，因为在弱扩散板上方的流质是处于活动床的状态，所以，即使是超大比重成分，例如铁也能由活动床支承并向不可燃成分出口附近运动。所以，没有不可燃成分沉积在炉底上。同时，流态化气体能通过不可燃成分出口上的扩散板供入，以给于一较高的流化速度，于是，在不可燃成分出口的入口附近和上方能使流质强有力地流化。
然后，在不可燃成分出口的入口附近和上方的流质处于被强有力地流化的状态，而不是处于固定床也不是处于活动床的状态。所以，流化床显示了接近于液体的特性。所以，在流化床中易于发生所谓的重力分离作用。即，比重大于流化床的物质下沉，而比重小于流化床的物质飘浮在流化床中。所以，大比重的不可燃成分迅速地向不可燃成分出口下沉，所以，不可燃成分的排出非常容易和平稳。因为在炉中的不可燃成分平稳地和有效地排出，所以，其不会干扰炉中的燃烧和气化。因为可燃成分和不可燃成分由气体淘析所分离，并且差不多只有不可燃成分排出，所以，炉中的热损失很小，并且，排出的不可燃成分的处理也较容易。
最好，使用一斜度大于弱扩散板的辅助扩散板而提供有较高流化速度的流态化气体，由此，使从弱扩散板上方运动的活动床变化进入流化床。于是，由气体淘析所进行的不可燃成分分离迅速地进行，特别是，大比重的不可燃成分，例如铁，下沉于辅助扩散板上。然而，因为辅助扩散板有一大的斜度，所以，这种大比重的不可燃成分平稳地引向不可燃成分出口。强扩散板的布置使流化速度随着离不可燃成分出口的距离而逐渐增加。于是，强扩散板促进了以炉心为中心的主循环流的形成。
第三扩散板对在热回收室中的流质给于一较低的流化速度，以在热回收室中形成一向下运动的活动床。在上升流上部流质的一部分--斜壁使其向炉中部翻转--进入斜壁上端上方的热回收室并以一活动床的形式向下流动。在与热回收装置进行热交换而冷却之后，流质沿第三扩散板被引向强扩散板上方的区域，并与上升流混合和由上升流中的燃烧热而加热。于是，通过由在热回收室中的下降流和在主燃烧室中的上升流形成流质的付循环流，并且在流化床炉中的燃烧热由在热回收室中的热回收装置所回收。如图10所示，热回收装置的总导热系数随着流化速度而可有较大的变化。所以，通过改变通过第三扩散板的流态化气体的速率能容易地控制回收的热量。
通过将流化床炉的平面形状制为矩形，能容易地进行炉子的设计和制造。然而，如果将炉子的平面形状制为圆形，其能增加流化床炉侧壁的抗压性，并且，其能容易地通过减少炉中压力而防止废物燃烧所产生的气味和有害气体的泄漏，反之，通过增加炉中的压力而得到能驱动气轮机的高压气体。
在本发明的另一形式中，对于围绕不可燃成分出口的扩散板，从平面看，一扩散板的下缘基本与另一扩散板的下缘接触，这些边缘在垂直方向相互分离。不可燃成分出口开在两边缘之间的垂直间隙中。于是，在不可燃成分出口上方的区域能被流化，而不用在不可燃成分出口内表面提供一扩散板。于是，流化区域从弱扩散板到强扩散板是连续的，并且在弱流化区域向下流动并在强流化区向上流动的循环流是稳定的，而不会出现间断。
图1是本发明第一实施例的流化床热反应装置基本部分的垂直剖视图；图2是本发明第二实施例的流化床热反应装置基本部分的垂直剖视图；图3是本发明第三实施例的流化床热反应装置基本部分的垂直剖视图；图4是本发明第四实施例的流化床热反应装置基本部分的垂直剖视图；图5是本发明第五实施例的流化床热反应装置炉底部分的透视图；图6是图5中流化床热反应装置炉底部分的平面图；图7是图5中流化床热反应装置炉底部分的垂直剖视图；图8是本发明第六实施例的流化床热反应装置炉底部分的透视图；图9是本发明第七实施例的流化床热反应装置炉底部分的透视图10是在本发明的流化床热反应装置中热回收装置的总传热系数与通过第三扩散板送入的流态化气体流化速度之间关系的曲线图；图11是本发明第八实施例的流化床热反应装置炉底部分的剖视图。
下面参照附图对本发明的一个实施例进行描述。
图1-10显示了根据本发明实施例的流化床热反应装置，其中，本发明是为一燃烧装置的形式，图11显示了根据本发明一个实施例的流化床热反应装置，其中，本发明是为一气化装置的形式。在附图中，相同的部件标以相同的标号，重复的描述被省略。
图1是本发明第一实施例基本部分的垂直剖视图。在图1中，流化床热反应装置有一设在流化床炉1炉底部分中部的不可燃成分出口8；一弱扩散板2和一强扩散板3，其各设置在不可燃成分出口8和侧壁42之间；一可燃物质供料口10设在弱扩散板2上方；一斜壁9设置在强扩散板3上方；一相对高度部分44设在斜壁9上方。炉子的平面形状可以是矩形或圆形的。在炉1中，包括不可燃颗粒--如砂子--的流质由通过弱扩散板2和强扩散板3向上吹入炉中的流态化气体--例如空气--吹起。然后，流质处于一飘浮状态，于是，一主流化床形成了。主流化床的可变的顶面43处于斜壁9中部的高度上。为了进行燃烧，要增加流态化气体中的氧含量。然而，通过减少流态化气体中的氧含量，能使可燃物质气化。
将流态化气体从气源14通过管62和接头6送入位于弱扩散板2下方的弱扩散室4。将流态化气体通过设在弱扩散板2上的大量的流态化气体供气孔72以一较低的流化速度送入炉中，以在弱扩散板2上方形成一流质的弱流态化区17，在该区17中，形成一流质的下降流18。弱扩散板2的顶面是一朝不可燃成分出口8逐渐变低的向下倾斜面，如其垂直剖视图所示。在图1中，在弱扩散板2顶面附近，下降流18成为一沿向下倾斜面流动的大致水平流19。
强扩散板3有大量的流态化气体供气孔74，并且其下方有一强扩散室5。流态化气体从气源15通过管64和接头7送入强扩散室5。流态化气体通过大量的流态化气体供气孔74以一较高的流化速度送入炉中，在强扩散板3上方形成一强流化区16，在该区16中，形成一流质的上升流20。强扩散板3的顶面是一向上倾斜的面，其在不可燃成分出口8附近最低，并朝向侧壁42逐渐变高，如其垂直剖视图所示。
在图1中，在流化床炉1中的流质从上升流20的顶部移动到弱流化区17的顶部，即，下降流18的顶部，然后在下降流18中向下运动。然后，在水平流19中的流质运动到上升流20的底部，于是，产生了一个主循环流。斜壁9是倾斜的，以致其从侧壁42向炉中心逐渐变高，迫使上升流向弱扩散板2上方的区域翻转。
在弱扩散板2上方设有一可燃物质供料口10，用于将可燃物质38送入流化床炉1，使可燃物质落在弱扩散板上方的区域。从可燃物质供料口10送入的可燃物质38与流质的下降流18混合，并与下降流18一起向下运动到炉底附近，并被热分解或部分燃烧。然后，可燃物质38与沿弱扩散板2的向下倾斜面流动的流质的水平流19混合，然后，向不可燃成分出口8水平运动。通过向上供入的流态化气体使水平流19中的可燃物质受到气体淘析和重力分离作用。于是，大比重的不可燃成分11运动到水平流的下侧，而小比重的可燃成分集中在水平流的上部。所以，在不可燃成分出口8附近形成小比重和高可燃成分浓度的上流化床12和大比重和高不可燃成分浓度的下流化床13。
高可燃成分浓度的上流化床12与流质的上升流20混合，通过不可燃成分出口8上方，并由氧化气氛和强流态化进行燃烧。在流化床中产生的燃烧气体上升到流化床顶面43上方的相对高度部分44，如必要的话，可进行第二次燃烧。再进行烟尘的清除和热能的回收，并且燃烧气体排入大气。在下流化床13中的流质和不可燃成分从不可燃成分出口8排出。一与不可燃成分出口8相连的通道40能使落入不可燃成分出口8的不可燃物质和流质通过一料斗和一排出挡板等(未示)排出炉外。通过一装置可回收与不可燃成分一起排出炉外的流质，并使其再返回流化床炉1中。
在图1所示的流化床热反应装置中，流态化气体从气源15通过管64，支管66和喷咀21供入通道40。流态化气体从通道40通过不可燃成分出口8向上吹入炉中，使在不可燃成分出口8上方的流质流化，形成一从弱扩散板2上方的区域连续延伸到强扩散板3上方区域的主流化床，由此，使流质的王循环流稳定。
强扩散板3有一向上倾斜面，其随着离不可燃成分出口8的距离的增加而逐渐升高，以致与水平流19--其沿弱扩散板2的向下倾斜面大致水平运动到不可燃成分出口8上方的区域--分离的上流化床12逐渐变化进入上升流20，由此使主循环流稳定并防止不可燃成分沉积在强扩散板3上。也可以使通过强扩散板3送入的流态化气体的流化速度随着离开不可燃成分出口的距离而逐渐增加。这对于主循环流的形成是有效的。
图2是本发明第二实施例的流化床热反应装置主要部分的垂直剖视图。在图2中，流化床热反应装置有一设置在流化床炉1底部中央的弱扩散板2；辅助扩散板3′分别设置在弱扩散板2的两侧，其上有大量的流态化气体供气孔76。不可燃成分出口8和强扩散板3设置在辅助扩散板3′和侧壁42之间。在弱扩散板2上方设置有可燃物质供料口10；斜壁9分别设置在强扩散板3上方；一相对高度部分44设置在斜壁9上方。
弱扩散板2的顶面是一向下倾斜面，其中部最高，并朝不可燃成分出口8逐渐变低。在炉的水平截面为圆形的情况下，弱扩散板2的顶面为一圆锥面。在图2中，在弱扩散板2的顶部73附近，下降流18被分为两个沿左右两个向下倾斜面流动的大致水平流19。在炉的水平截面为圆形的情况下，强扩散板3的顶面为一外周缘高于内周缘的倒锥形面。
在图2中，弱扩散板2的边缘部连接于具有大量流态化气体供气孔76的辅助扩散板3′。流态化气体从气源15通过管64，支管68，阀68′和接头7′供入一辅助扩散室5′。流态化气体从辅助扩散室5′通过流态化气体供气孔76以一较高的流化速度供入炉中，以使辅助扩散板3′上方的流质流体化。
在图2中，在流化床炉1中的流质从各上升流20的顶部运动到弱流化区17的顶部，即，下降流18的顶部，然后在下降流18中向下运动。然后，在各水平流19中，流质运动各上升流20的底部，于是，产生了一主循环流。下降流18--其包括一活动床一在弱扩散板2顶部73附近分为两个沿左右向下倾斜面流动的水平流19。在炉的平面为矩形的情况下，形成两个，即左和右主循环流。
在弱扩散板2上方的水平流是一活动床，其中，流质的流化程度低。所以，在水平流中的超大比重的不可燃成分，例如铁，也会运动而不会沉积在炉底。当水平流到达各辅助扩散板3′上方的位置时，活动床变为一流化床，其中，由于通过辅助扩散板3′供入的流态化气体，流化速度是高的。然后，由于气体淘析作用，大比重的不可燃成分迅速下沉。因为辅助扩散板3′的向下倾斜面比弱扩散板2的更陡，下沉的大比重不可燃成分通过重力作用沿辅助扩散板3′的向下倾斜面运动到不可燃成分出口。在图2中，除了具有辅助扩散板3′和辅助扩散室5′，并且弱扩散板2，不可燃成分出口和强扩散板相对于炉中心对称设置之外，该装置基本与图1所示的装置相同。所以，在这里不再详述。
图3是本发明第三实施例的流化床热反应装置的垂直剖视图。在图3中，各辅助扩散板3′的倾斜角比图2中的更陡，并且辅助扩散板3′的下缘77延伸以致在一平面视图中与相邻的强扩散板3的下缘75接触，同时在一垂直方向与相邻的强扩散板3的下缘75隔开。在两个边缘之间形成的垂直间隙提供了一不可燃成分出口8，即，其是水平打开的。虽然没有流态化气体从不可燃成分出口8供入，但是因为不可燃成分出口8如在平面图中所示的没有一打开的区域，并且因此不会妨碍流态化气体的上升流，所以，出口8不会干扰流质的主循环流。图3所示装置的其他结构与图1和2中所示的大致相同，所以，这里不再详述。
图4是本发明第四实施例的流化床热反应装置基本部分的垂直剖视图，如同图3所示情况一样，各不可燃成分出口8水平地打开，并且没有流态化气体从不可燃成分出口8送入。如图4所示，该装置有形成于构成主燃烧室的炉中心部分附近的热回收室25，即，其处于强扩散板3上方的斜壁24和炉侧壁24之间，和一热回收装置27设于各热回收室25中。各斜壁24有一垂直延伸的下部。第三扩散板28--其与强扩散板3有大致相同的斜面--从相关的强扩散板3外缘延伸到侧壁42处于斜壁24垂直突出部下方。
在斜壁24下延伸部的边缘与第三扩散板28之间的垂直间隙形成一位于炉中部与热回收室25之间的下连接通道29。另外，一组垂直筛管23设在斜壁24上部和炉上壁之间。筛管23之间的间隙形成一上通道23′，用于使热回收室25上部与炉中心连通。一气源32和位于各第三扩散板28下方的第三扩散室30通过管68″和接头31相互连通。流态化气体从相关的第三扩散室30通过大量的流态化气体供气孔78以一较低的流化速度供入各热回收室25，以形成一流质的下向的付循环流26。
上升流20的由各斜壁24而指向炉中部的流质的一部分形成一反向流22，其通过斜壁24上方的上通道23′，并进入热回收室25的上部，在该处，流质以一下降流的方式向下运动。然后，流质的下降流通过下连接通道29，并与在主循环流中的上升流20混合，并上升和到达上升流20的顶部。于是，形成一经过热回收室的流质的付循环流26。付循环流26中的流质通过与热回收室25中的热回收装置27进行热交换而冷却，并由上升流20中的燃烧热而加热。如图10所示，热回收装置的总导热系数根据流化速度而有大的变化。所以，改变通过第三扩散板28的流态化气体的速率能有效地控制热的回收量。
在图1和2所示的装置中，流态化气体从不可燃成分出口8供入，并且主流化床没有间断的部分。于是，能形成一个稳定的主循环流。在图3和4所示的装置中，各辅助扩散板3′的边缘与相邻的强扩散板的边缘垂直隔开，并且不可燃成分出口8开在两边缘之间的垂直间隙中。所以，从平面上看，从炉底向上供入的流态化气体气流中没有间断的部分。于是，如同图1和2所示的情况一样，能形成一稳定的主流化床。
图5，6和7分别是本发明第五实施例流化床热反应装置圆形底部的透视图，平面图和剖视图，其等同于图2中实施例炉的平面结构为圆形的情况。图7是沿图6中A-A线的剖视图。其中，弱扩散板2为一锥形顶面，其中部高而周边低。一环形辅助扩散板3′，四个部分的环形不可燃成分出口8，和一强扩散板3与弱扩散板2为同心关系地设置。辅助扩散板3′的斜面比设在中心的弱扩散板2的斜面更陡。强扩散板3有一倒锥形的环形表面，其内缘低而外缘高。强扩散室5有一环状外形。
在图5，6和7中，具有四个局部的环形不可燃成分出口8，和四个径向延伸的第四扩散板3″，其各处于成对的不可燃成分出口之间。各第四扩散板3″两侧有向不可燃成分出口8延伸的两向下倾斜面。第四扩散板3″的向下倾斜面将大比重的不可燃成分引向不可燃成分出口8，而防止不可燃成分沉积在第四扩散板3″上。图5，6和7所示装置的结构和功能基本与图2所示的相同，所以，这里不再详述。
图8是本发明第六实施例的流化床热反应装置炉底的透视图，其相似与图2实施例中的炉平面结构为矩形的情况。在图8中，弱扩散板2有一屋顶形状，其平面为矩形，并在中部有一脊73′。弱扩散板2，辅助扩散板3′，不可燃成分出口8和强扩散板3相对于脊73′对称布置，并且它们都为矩形的。图8所示的装置包括第四扩散板3″，它们垂直于脊73′延伸，并平行于不可燃成分出口8的边缘。第四扩散板3″有向相关的不可燃成分出口8延伸的向下倾斜面。第四扩散板3″的向下倾斜面将大比重的不可燃成分引向不可燃成分出口8，以防止不可燃成分沉积在第四扩散板3″上。该实施例的其他结构和功能与图2所示的基本相同，所以，对其的描述省略了。
图9是本发明第七实施例的流化床热反应装置炉底部分的透视图，其相似于图2实施例的炉的平面形状为矩形的情况。该实施例的结构大致与图8的相似，但不同点在于与不可燃成分出口8邻接的各强扩散板3的边缘处于弱扩散板2斜面的延伸部的平面之中，而各强扩散板3的与侧壁相邻的边缘处于弱扩散板2斜面延伸部的平面之上。该实施例的其他结构和功能基本与图2和8中实施例的相同，所以，省略了对其的描述。图8和9中所示的装置有较少数量的弯曲构件，所以容易设计和生产，所以能降低成本。
图10是一曲线图，显示了在本发明的流化床热反应装置中热回收装置的总导热系数与通过第三扩散板28供入的流态化气体流化速度之间的关系。当流化速度是在0-0.3m/s的范围，特别是0.05-0.25m/s的范围中时，热回收装置的总导热系数根据流化速度明显地变化。所以，如果通过将在热回收室中的流化速度控制在这样的范围内而改变总导热系数，就能在一宽的范围内控制热的回收量。
图11是本发明第八实施例的流化床热反应装置的剖视图。其中，一熔化燃烧炉90连接于流化床热反应装置。流化床热反应装置与图2所示的有一相同结构，但是其作为一气化炉工作。流化床炉1中产生的生成物--包括可燃气体，轻和细的未燃成分如炭和焦油，飞灰等--送入熔化燃烧炉90的垂直的圆柱形主燃烧室82，在该处，通过例如供入的第二空气或氧气83，生成物在1,350℃左右的高温下作为后处理进行燃烧和熔灰，并在倾斜的第二燃烧室84进一步燃烧和熔灰。所产生的废气93和熔渣95在一排出室92中分离和分别排出。第二燃烧室84根据需要设置。
本发明的主要作用和优点如下(1)在流化床热反应装置中，形成了包括流质上升流和下降流的主循环流，可燃物质落在下降流的上部，与主循环流混合并燃烧。所以，其能均匀和有效地燃烧或气化可燃物质，例如尺寸，不可燃成分含量和比重等不同的废物。
(2)可燃物质在燃烧，分解和气化的同时在下降和水平流中运动，并且通过流态化气体的气体淘析和重力分离作用，使大比重的不可燃成分在与小比重的可燃成分逐渐分离的同时，沿弱扩散板2的向下倾斜面被导向不可燃成分出口。在不可燃成分出口，通过重力分离使不可燃成分下沉和分离，并平稳地排出炉外。所以，不可燃成分不会沉积在炉底，并且，不可燃成分不会影响供气，燃烧，气化和热回收等。并且，因为可燃物质成分低，所以，排出炉外的不可燃成分容易处理。
(3)一部分流态化气体从不可燃成分出口供入，或者不可燃成分出口是水平开口，而不是垂直开口。所以，流态化气体从整个炉底表面供入，于是，形成一流质的稳定的主循环流。所以，其能均匀和有效地燃烧和气化可燃物质，并使装置能平稳操作。通过控制燃烧空气量，能实现可燃物质的完全的燃烧或高效的气化。
(4)一热回收室形成于斜壁和炉侧壁之间，一第三扩散板位于热回收室之下。第三扩散板与强扩散板有大致相同的斜面，并有向不可燃成分出口延伸的向下倾斜面。所以，在热回收室中的不可燃成分被平稳地引向不可燃成分出口，而不会影响热回收。另外，通过控制通过第三扩散板供入的流态化气体，能在很大程度上改变热回收装置的导热系数。所以，其能容易地控制热的回收量。
权利要求
1.一种流化床热反应装置，流化床炉(1)中燃烧或气化包括不燃物在内的可燃物(38)的流动床热反应装置，其特征在于在流动床炉底部，具有向炉内供给较小流态化速度的流态化气体形成流态媒体的沉降流(18)的弱扩散板(2)和，向炉内供给较大流动速度的流态化气体形成流态媒体的上升流(20)的强扩散板(3)，在该弱扩散板的上方设置供给该可燃物的可燃物供给口(10)，在弱扩散板与强扩散板之间配置排出随同与该流态媒体的沉降流一起下降的不燃物的不燃物取出口(8)。
2.按照权利要求1所述的流化床热反应装置，其特征在于备有从所述流态媒体回收热的热回器(27)。
3.按照权利要求1或2的流化床热反应装置，其特征在于所述流化床炉(1)具有矩形或圆形水平断面。
4.按照权利要求1至3所述流化床热反应装置，其特征在于在所述炉内底部备有朝向所述不燃物取出口(8)的倾斜面。
5.按照权利要求1至4所述的流化床热反应装置，其特征在于备有使所述流态媒体转向的倾斜壁(9)。
6.按照权利要求1至5所述的流化床热反应装置，其特征在于具有将所述流动床炉中生成的飞灰在内的生成物导入后熔化该飞灰的熔融烧结炉(90)。
7.一种向流化床炉(1)供给包括不燃物的可燃物(38)，使其燃烧或气化的方法，其特征在于包括向炉内供给较小流态化速度的流态化气体形成流态媒体的沉降流(18)的同时，将较大流态化速度的流态气体供给炉内形成流态媒体的上升流(20)的工序和将可燃物向所述流态媒体沉降流(18)上方的工序以及与该不燃物一同沉降的该流态媒体的沉降流(18)在向该上升流移动过程中，分离不燃物的工序。
8.所述流态化气体为空气、水蒸汽、氧气、或燃烧排气之中之某种或它们的组合气体的权利要求7的方法。
全文摘要
流化床热反应装置，包含不可燃成分的可燃物质在流化床炉中燃烧或气化，具有大量的流态化气体供气孔的弱和强扩散板设置于炉底，一不可燃成分出口设置于弱和强扩散板之间；一可燃物质供料口被设置使可燃物质能落在弱扩散板上方的区域；弱扩散板能供给流态化气体使流质具有较低的流度，并形成一下降流；弱扩散板有一向不可燃成分出口延伸的向下倾斜面；强扩散板能提供流态化气体而使流质有一较高的流度，并形成上升流；一部分流态化气体通过不可燃成分出口供入炉中。
文档编号F23C10/00GK1494943SQ0317879
公开日2004年5月12日 申请日期1996年4月26日 优先权日1995年4月26日
发明者永东秀一, 大下孝裕, 裕 申请人:株式会社荏原制作所