流化床反应器的制作方法

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，其包括把颗粒从气体中分离出来的离心式分离器。该离心式分离器包括一个涡流室，涡流室配置有至少一个设置在其上段用于欲净化气体的输入口、至少一个设置在其上段或下段用于净化过的气体的输出口，和至少一个设置在其下段用于分离出的颗粒的输出口。在离心式分离器中形成有至少一个垂直涡流。
在此之前，人们知道有各种各样的旋风分离器，这些分离器包括有一个圆筒形的垂直涡流室，该涡流室起分离室的作用，其下段形状为朝下收缩的锥形漏斗。涡流室的上段配置有一个切向输入导管供欲处理的气体流动，净化过的气体一般通过一个设置在涡流室上端中央部位的开口排出。在无逆流旋风分离器中，气体是通过一条设置在涡流室底部的中心管从涡流室中排出的。
在旋风分离器中，固体颗粒由离心力将其从气体中分离器出来，并沿着分离室的壁向下流到分离器的锥形部分，固体颗粒就从该锥形部分排出。在常规的旋风分离器中，分离是根据离心力和流速的变化的相互效应产生的。进入常规的旋风分离器内的气流开始作螺旋形旋转，主要是沿着涡流室的外壁向下流动，随着锥体直径变小而加速。在旋风器的下段，气体改变它们的运动方向，开始在涡流室中央向上朝着分离器的上段流动，上段设置有一个气体输出导管。由离心力的作用向积聚在涡流室下段的壁上的固体颗粒材料不可能随气体流动，而是继续向下流入输出导管。
旋风器的壁特别受到有磨损作用的固体颗粒的严重磨损。磨蚀效应尤其可在输入口后的壁部见到，该壁部是固体颗粒流首先撞击的部位。已经作过一些尝试，以图通过用耐磨蚀的耐熔材料保护涡流室内表面的方式或通过用耐磨蚀材料制造涡流室的方式减轻磨蚀的程度。高温会增加固体材料的磨蚀效应。
循环流化床反应器在燃烧和气化工艺过程中是很常见的，它所遇到的问题是要分离随炽热气体带走的固体颗粒并将它们送回反应器。对安装在这种场所中的离心式分离器的特殊要求是它要具有能够连续地从气体中分离出大量的固体颗粒及当大量的炽热气体和固体颗粒流过分离器时承受侵蚀的能力。
在大型反应器中的常规旋风器的主要缺陷是，旋风分离器必须进行隔热，例如用陶瓷绝热材料保持分离器的外表面处在较冷的状态。而为了提供合适的隔热性能，需要厚厚的一层绝热材料，这会增加分离器的成本、重量以及所占空间的要求。此外，为了承受炽热的状态，旋风分离器必须在内部用一层耐磨蚀的耐熔材料保护起来。这样一来，旋风分离器的壁覆盖有两层不同的材料。要将这两层材料涂覆在壁上是很困难的，而且也很耗时间，特别是因为其中一层非常厚并且干燥得很慢。由于，例如在起动时，存在温度差以及在该系统的运转过程中出现机械应力，所以这两层材料也非常容易损坏。
总的说来，旋风分离器是这样一种设备，其上涂覆有很厚的容易损坏的隔热层，并需要非常大的空间。由于它是一种很笨重的结构，所以它还需要一个坚固的支承结构。此笨重结构意味着，为避免陶瓷材料或耐熔材料出现裂纹，起动要持续很长一段时间。起动过程中耐熔衬层内的温度差可能导致裂纹，因而必须避免。
在循环流化床反应器中循环的流化床材料可能特别精细，例如，如果用精细的石灰吸收流化床中的二氧化硫或者如果燃料的灰烬是精细灰烬的情况下。这为旋风分离器设定了高的标准。已经作过一些尝试，试图通过将两个或更多的旋风分离器串接起来的方式改善旋风分离器的分离效率。这种连接的缺陷是压力损失大，结构昂贵、连接要占用大量的空间。
还提出过用由平行连接起来的旋风分离器组成的旋风分离器组来获得较好的分离效率。此目的是要通过使用较小的单元来获得较高的分离效率。但是，这种旋风分离器组制造起来昂贵、复杂。旋风分离器需要一定的最小压力差，使气体总是能够均匀分布地流过各个旋风分离器。
燃烧反应器的壁通常是用装有水管的壁板制成的，以便部分地回收在反应器中产生的热量。旋风分离器和固体材料的回流管通常是不进行冷却的绝热结构。由于存在不同的热膨胀和厚的绝热层，要将这种冷却部件和不冷却部件连接在一起是很困难的。因此，反应器和分离器之间的连接需要昂贵的陶瓷的或等效的耐热材料的管道系统和胀缩接头。旋风分离器以及设置在其后的对流段也需要特殊的胀缩接头。
当改变旋风分离器的横截面的直径时，旋风分离器壁上毗邻水管之间的距离也改变了，除非去掉一些水管或者在旋风分离器的壁的某些部位上加上一些水管。这是一个很复杂的过程。
为了避免由热膨胀引起的上述缺陷，例如，美国专利第4746337号提出了一种水管结构的旋风分离器。但是，制造管式结构的圆筒旋风分离器并不那么简单。此外，必须在制造阶段将水管壁板弯成非常难弯的形状，这是一种非常耗时和困难的加工过程。
芬兰专利申请第861224号公开了一种水管结构的圆筒形旋风分离器，水管壁之一对反应室和颗粒分离器两者是共用的。如上所述，这种结构布置也涉及棘手的弯曲。
美国专利说明书第4615715号公开了一种用水管壁板制造的分离器外罩和一种用一个设置在该外罩内的圆筒形耐蚀部件制造的实际涡流室。在分离器外罩和圆筒形部件之间的环形空间内充满了某种合适的填充剂。由于圆筒形部件设置在分离器内以及由于有填充剂，虽然省去了绝热部件，但分离器还是又大又重。此外，涡流室的圆筒形内部会被沿壁向下流动的颗粒磨损。
本发明提供了一种包括分离设备的循环流化床反应器，分离设备与常规的高温旋风分离器相比，该设备构造简单、不易损坏，特别是在其绝热层内，而且它占据空间较小，并且比较廉价。离心式分离器可以用简单的元件制造，例如，主要用平面型的或板形的水管壁板制造。分离器很易制成标准组件，因此，本发明的大型循环流化床反应器要比先前已知的结构更好，并且具有较高耐磨蚀性。
本发明的循环流化床反应器的特征是涡流室是非圆筒形的，主要由平面型的壁组成。涡流室侧壁的横截面最好是方形、矩形。或是其他多边形。由该涡流室界定的内部气体空间的横截面明显地是非圆形的。涡流室内的“气体空间”意恩是指可以由气体自由地充满的内部空间。气体空间基本上是由涡流室的内壁及装在壁上的元件(如果有的话)界定的。气体空间是气体可以自由地流入而不会受到任何元件、耐熔层等约束的空间。
涡流室的气体空间的横截面的形状可以用圆形度X描述，它定义为气体空间的周长被包含在气体空间的横截面内的最大圆的周长所除。对圆筒形分离器，X=1，对方形分离器，X=1.273。在本发明的分离器中，分离器气体空间的圆形度X等于或大于1，例如≥1.1，最好是X等于或大于1.15。虽然在德国专利第3435214号中知道有一种圆形度X＞1的分离器，但所示出的结构并不适用于分离颗粒，因此，其所描述的与本发明无关。
本发明分离器的涡流室内侧至少部分地衬上一薄层耐磨蚀和耐热的耐熔材料。这层耐熔材料实质上并不是要使气体空间的横截面变圆，而是为了保护涡流室内易受侵蚀的区域。在本发明一个较佳实施例中的耐熔材料层实质上也不是起涡流室中的隔热体的功用。耐熔材料层的厚度最好仅在约40至150毫米之间。此耐磨蚀和耐热的耐熔材料薄层可以用双头螺栓或其它的夹紧元件装接涡流室的壁面上，所述壁面最好是水管壁板。通过将耐熔材料层直接装接到冷却壁上，其间不设置任何绝热体或其它衬层，也能够对耐熔材料进行冷却。在冷却时，此耐熔材料层变得更能承受化学和机械的磨蚀。也可以选用导热材料作为耐磨蚀材料。这种材料冷却得更快。双头螺栓也会增强冷却效果。为了减轻悬浮在输入气体中的颗粒的磨蚀效应，对着输入口壁的壁板及特别容易受到磨蚀的区域可以配置一层保护耐熔材料的特殊附加料层或者配置要比涡流室其余部位的耐熔材料更耐磨蚀的耐熔材料。
在本发明的一个较佳实施例中，涡流室的壁是由冷却表面，例如水管壁板构成的。既然涡流室最好是由平面型的壁形成，壁元件就可以是平面或弯曲的预制水管壁板。这样，通过将它焊接在准备工作的地点，就能够很容易地组装出一个离心式分离器，例如，一个气化或燃烧反应器。涡流室的一部分或者最好是所有的壁是冷却结构式的。涡流室的冷却系统最好是连接到与其有关的流化床反应器的水/蒸汽主系统上。
本发明的冷却颗粒分离器并不一定要用厚的耐热耐熔衬层或其它厚的保护层进行镶衬，这些衬层很容易因起动阶段或运行阶段的温差而损坏，因此，容易破裂或开裂(厚的衬层还会占据许多空间)。根据本发明，在冷却壁板上只要有一层耐磨蚀的较薄的保护层就足够了。根据本发明，厚衬层的问题，以及因热膨胀导致的其它问题都可以避免了。当反应室和分离器两者都是用温度比较容易受到控制的水管式壁板制成时，两者内的热膨胀可以比较容易地预测和加以补偿。根本地说，由于本发明的反应室和分离器之间的热膨胀只存在较小差别或没有差别，分离器和反应室之间的胀缩接头的问题可以被减到最小。
根据本发明的一个较佳实施例，离心式分离器是由一个细长形的涡流室构成的，其中形成有两个或多个相互隔开的平行气体涡流。涡流室的侧壁是由4块平面型壁板，例如，水管式壁板组成的，两个相对的壁是涡流室的长壁，余下的两个是端壁。长壁最好是端壁长度的2倍或多倍。在那种情况下，涡流室内部空间的横截面最好相当于两个或多个邻接正方形的空间，正方形的边长等于端壁的长度。最好是，气体涡流的数目等于正方形的数目。
通过适当地设置一个/数个气体输入口和一个/数个气体输出口，可以使细长形涡流室内产生多个沿涡流室纵向的邻接涡流，从而使在涡流室内产生的涡流数等于其内的气体输出口的数目。在涡流室内这样设置一个/数个气体输出口，使来自输入口的气体能够沿切向导入一个或两个平行的涡流。
气体输入口被设置在涡流室的侧壁上，以便将从输入口来的气体沿切向导入涡流室中的涡流内，并使导入的气体喷流对应气体输出口开口中心的“自旋效应”增至最大。“自旋效应”=m×v×r，其中m=质量流量，v=输入口开口内的气体速度，和r=气体输入口喷流和气体输出口开口中心之间的垂直距离。在涡流室内形成的气体涡流基本上是与气体输出开口同心的。也有可能将来自一个输入口的气体导向两个毗邻的气体涡流或者将来自两个或多个气体输入口的气体只导向一个气体涡流。
细长形的涡流室适合于以这样的方式紧靠着(与其有操动联系的)循环流化床反应器，即反应器壁之一或该壁上段的至少一部分作为涡流室壁。这样，例如反应器公用长壁的一部分可以作为涡流室的长壁，这当然就减少了材料成本。
此外，反应器的另两个壁最好可以采用来连接反应器和分离器。壁上垂直于公用壁的伸出部分可以构成，例如，涡流室的端壁。这样，在分离器构造中就能使用三个反应器冷却壁板式的壁，这可以在经济上以及制造方面带来明显的好处。此结构能够安装，例如，流化床反应器的燃烧炉和本发明的旋风分离器，以便构成一个单一矩形结构，这对结构的支撑是最有利的。
对应涡流室中的每一个气体涡流可以设置一个分离出的颗粒的输出口，以便使从，例如，在循环流化床反应器上的几个毗邻部位送回反应室内的颗粒易于安排得分布均匀。另一方面，在不同涡流中分离出的颗粒，可以收集在一个设置在涡流室下段的收集室或漏斗内并可以在一条或几条颗粒流道中送到要求的位置。
在细长形涡流室中，长壁可能需要支撑以便加劲壁板和防止壁板挠曲。在此情况下，在两个相对的长壁之间可以设置横向支撑件或横向壁，用于加劲涡流室结构。横向支撑件/壁设置在两个气体涡流之间，以便横向支撑件/壁不会对涡流的形成产生有害的效应。横向支撑件/壁可以加以冷却和/或由耐磨蚀和耐热材料制成。横向支撑件可以构成涡流室内的隔壁，以便部分地或完全地将涡流室分成若干独立的部分。横向支撑件可以从涡流室的室顶伸到其底部，由此，在涡流室内形成有两个或取决于横向壁数目的多个完全独立的气体空间。另一方面，横向支撑件可能只是短的支撑件，它实际上不能将涡流室分成若干独立的气体空间。
涡流室内的气体输入口最好是垂直的狭窄细长形槽缝。槽缝可以，例如，和涡流室上段一样高。槽缝的宽度根据气体流量需要的横截面来确定。输入口最好能够安排有导板，将气体沿切向导入涡流。导板也起长壁的加劲件的作用。
在本发明的离心式分离器中，如果分离器的横截面为正方形，就只形成有一个气体涡流。很容易平行地安排多个分离器，由此，构造一个由简单元件制成的和占扰空间小的紧凑型旋风分离器组。
本发明最显著的优点是其结构简单以及反应室和一小组的颗粒分离器两者可以用，例如，象预制的水管式壁板那样的简单平面型部件构造，预制的水管式壁板可以预先在车间中用成本低的焊接方法制成。通过在一个细长的涡流室空间内安排多个使固体颗粒分离的气体涡流，与由几个独立的分离器所组装成的旋风分离器组相比，只需要用较少的分离器壁面就行了。
由于冷却，该分离器的壁结构要较常规的炽热气体分离器的结构薄些，而且，由于其为正方形或矩形形状，分离器可以用板成形的部件制造。
本发明的分离器在构造上适合于净化，例如，根据流化床原理工作的燃气发生器及燃烧反应器内的生成物或废气，在那里，希望有一个冷却结构，而且需要分离的颗粒数目很大。本发明特别适合于从环流的流化床反应器中的气体内分离循环的固体颗粒。


图1是本发明的一个典型的离心式分离器的示意图，该分离器设置在与一个循环流化床反应器成操动联系的位置；图2是沿图1中2-2截面截取的剖视图；图3是沿图2中3-3截面截取的剖视图；图4是设置在循环流化床反应器内的本发明第二种离心式分离器的视图；图5A沿图4中5-5截面截取的剖视图；图6A和7A是类似于图3和5A的剖视图，示出了本发明离心式分离器的其它典型实施例；图5B、6B和7B是类似于图5A、6A和7A的视图，用于示出有微小变异的实施例；图8是本发明离心式分离器的又一实施例的横截面视图；图9是本发明的循环流化床反应器的横截面视图，该反应器带有与其相连的离心式分离器；图10是类似于图9的视图，只示出了带有若干绕其周边的离心式分离器的反应器的圆形构造；图11是本发明的循环流化床反应器的另一实施例的横截面视图，它带有与其相连的离心式分离器；图12至15是类似于图11的垂直剖视图，它用于循环流化床反应器的不同实施例。
图1、2和3示出了一个循环流化床反应器，它包括一个反应室10、一个离心式颗粒分离器(旋风分离器)12和一个用于分离的颗粒的回流管14。反应室的横截面是矩形的，且反应室10是由水管式壁组成的，图1中只示出了其长壁16和18。水管式壁最好由接合的垂直水管制成。
壁18的上部受弯形成反应室10的顶壁20，反应室10下段的壁用耐熔材料22保护起来。反应器有一个用于固体颗粒材料的输入口23。反应室10的底部是由一块配料板24形成的，该配料板配置有喷嘴或开口26，用于将来自空气通风室28的流态气体送入反应室，以便维持该反应室内的流化床。流态气体或流态空气以这样高的速率引入反应室，从而使一部分流化床材料与该气体一起不断地流过设置在反应室10上段的开口30进入颗粒分离器12内。
根据图1、2和3的实施例的离心式分离器12是一个多涡流离心式分离器，其中，在分离器的气体空间内可生成两股平行的垂直气体涡流，该两股涡流借助离心力将颗粒从由反应室排出的气体中分离出来。涡流室形成分离器12，它最好包括有平面型的，主要是矩形的水管式壁32、34、36和38。最好是，这些壁也是接合的垂直水管。分离器12的涡流室有一个与反应室共用并且毗邻反应室的长壁，即反应室10的壁16的一部分构成涡流室的壁32。在槽缝30处，水管式壁32弯向涡流室的内部，以便弯折部分40构成导引气体流入涡流室气体空间31内的输入口导管42。槽缝30高而窄，要比常规垂直旋风分离器中的槽缝高些和窄些，最好和涡流室的上段43一样高。在一个输入口用于两个涡流的这个设计中，高度和宽度之比可以较小，但最好大于3。从壁上向内弯曲的部分40最好弯成一个朝着涡流向内缩小的输入口导管。
涡流室的壁的上部最好是垂直的平面型壁，形成上段43。长壁36的下部朝着相对的长壁32弯折形成沿流室的下段45。通过此结构，就形成了一个非对称的长漏斗形空间44，该空间的底部形成一个固体颗粒输出口46。
输出口46也起进入回流管14的输入口的作用。回流管的长壁由颗粒分离器12的壁32和36的伸出部分形成。回流管14的端壁相应地由壁34和38的伸出部分形成。端壁34和38上只有具有回流管14的宽度的部分继续向下延伸，由此形成一个回流管。端壁的其余部分只延伸到回流管14的上部，如图1所示壁34的部分。回流管14的下部径L型弯头48与反应室10的下段连通，用于将在分离器12中分离出的固体颗粒送回流化床。
在涡流室的上段43，在开口50和52中设置有两个邻接的气体排出道54和56，用于将净化的气体从涡流室的气体空间31中排出。气体排出道54、56，即分离器中的所谓中央管道，可以是陶瓷的或冷却的管道，以便承受分离器中的炽热状态。中央管道设置在涡流室的气体空间31中，最好使它们的中心轴线处在由空间31中的螺旋气体形成的气体涡流的自然中心轴线上。气体从分离器12导入设置在分离器顶部上的管道60内-该管道60配置有热回收表面62-然后进入紧靠着反应室10设置的垂直对流段64，该对流段也配置有热回收表面66，气体经管道68排出。
涡流室的长壁借助从壁32延伸到壁36的隔壁70而得到加强。隔壁从输入口30之下延伸到涡流室的下段。隔壁可防止长壁出现由流动的气体导致的挠曲和振动。不用隔壁的话，还可以用耐磨蚀的支撑梁来加劲长壁。从壁32弯向输入口30的部分40可对涡流室的上段中的壁32进行加劲。
涡流室中并没有设置圆形元件来保持涡流中气体的圆形运动，或导引固体颗粒材料。因此，涡流室的气体空间31的横截面，即充满所气体的空间，显然是非圆形的。输入口气体的切向供料、气体输出口的位置，和平面型的壁都有助于气体空间31中气体涡流的形成。使人惊奇的是，已经发现在分离器12的气体空间31中并不需要圆筒形或其它圆形的导向壁来保持气体涡流。在本说明书和权利要求书中，“圆形度”是涡流室的气体空间31的内表面的横截面的周长被容纳在该横截面内的最大的圆的周长除所得的数值；它大于1，例如≥1.1，根据本发明最好≥1.15。涡流室的壁的内侧镶衬有一层耐磨蚀和耐热的耐熔材料薄层，图中未示出。耐熔衬层的厚度通常约为40至150毫米。最好是，耐热和耐磨蚀的耐熔材料可以直接装接到涡流室的壁32、34、36和38上。遭致严重磨蚀的部位需要一较厚的熔材料层，或者可以使用更耐磨蚀的耐熔材料。这样，例如，朝着气体输入口30的壁36可以配置一层垂直的耐熔衬层，其长度相当于输入口的高度。在流入涡流室中的进气喷流中带有的颗粒的至少一部分会撞击在壁36上的此耐熔材料区域上。
夹杂在进入分离器12的气体中的颗粒往往沿着较气体路径更直的路径流动。例如，当气体流入涡流室并改变其运动方向以形成涡流时，某些颗粒大抵会沿着其直的路径继续流动，最终撞击到相对的壁36上。由于颗粒的运动变化缓慢，涡流室的边缘区域易受到磨蚀，因此最好是它们必须用一较厚的耐熔材料层或用一层更耐磨蚀的耐熔材料保护起来。
但是，在有大量的固体颗粒流动的情况下一这对循环流化床反应器是很普通的，由颗粒导致的磨蚀不一定在相对输入口的表面最严重。要害区域可能在此表面部位的两侧。其原因可能是当颗粒向下流动时，它们自身会在此表面形成一保护障或保护层。当应用耐熔材料保护层时，注意到这点是有利的，以便在此整个要害区域镶衬上耐磨蚀的耐熔材料，而不是仅仅在垂直对着气体输入口的实际撞击点进行镶衬。
涡流室的角隅区域对颗粒的分离有改善的作用。在角隅区域，气体悬浮流被迫突然改变其方向。气体改变其流动要比颗粒容易得多，这样，颗粒就积聚在角隅区域。这会导致颗粒在角隅区域的涡流方向上的流速减小。当颗粒流遇到靠近角隅区域的壁的较重的颗粒悬浮层时，颗粒流甚至可能停止流动，这导致颗粒进一步积聚在靠近角隅区域的位置。这样，积聚的颗粒悬浮/颗粒层或其它较重的颗粒团块在重力的作用下更加容易从涡流室的气流中分离出来，在角隅区域内向下流入分离器的下部。
回流管14也用一块隔壁71分成两部分13和15，其下段用砖或耐熔材料衬砌的壁72形成漏斗形的空间74和76，分离出的颗粒就流入该空间内。固体颗粒材料从漏斗形空间经开口78和80再引回到反应室的下段。
图1示出了本发明的一个较佳实施例。根据该实施例，反应室的壁16构成回流管14的壁32。根据图4所示的第二实施例，回流管由独立的壁形成，此处没有应用反应室的壁。在图4中，所用的对应标号如图1、2和3。在涡流室12的下段，壁32和36两者彼此对着弯曲，以便在涡流室的下段形成一个对称的漏斗。这样，回流管14就被设置在距反应室很短的距离处。回流管的下部配置有一个环形封口或肘管84，它可防止气体从反应室流入回流管内。
在图4所示的实施例中，回流管14是如图2所示实施例中的那种细长形管道。但是，如带有隔壁，涡流室的下段可以这样成形，以便在涡流室的漏斗形底部形成固体颗粒用的一个或数个输出口，输出口的形状接近正方形或圆形。这样，该输出口或数个输出口可以如常规的垂直旋风分离器那样与管制成的回流管连接。
图5A是图4的剖视图，其关系对应于图3与图1的关系。在图1、2和3所示的实施例中，涡流室12配置在一个气体输入口30。根据图5A的离心式分离器配置有两个输入口86和88一每个气体涡流设置一个。如图3所示情况，涡流室12的横截面也是矩形的。第个涡流的气体空间的横截面几乎是正方形的。涡流室的壁用一薄层的耐磨蚀的耐熔材料保护起来，该薄层未在图中示出。
本发明的离心式分离器特别有利，因为在一个分离器外罩内可以形成多个气体涡流。例如在分离器内的一个空间中可以安排四个涡流，在那里，每个涡流安排有一个自己的气体输出口54、55、56和57，如图6A所示。最好是，在分离器中设置两个气体输入口，以使每个输入口同时将气体送入两个涡流中。照此，可以提供产生更多涡流的分离器。
气体输入口这样设置在分离器中，以便将气体大致沿切向朝欲形成的涡流送去。在图6A所示的本发明的实施例中，一个多涡流的分离器具有一个支撑着分离器长壁的支撑壁70。该壁将涡流室分成尺寸相等的两段。
另一方面，还可以将两个各能生成两个涡流的独立分离器简单地设置在毗邻位置上，以构成一个四涡流分离器组。由于壁是平面型的，两个分离器很容易毗邻地安排在一起而不需要任何额外的空间。可以以这样的方式将所需数量的较小的标准尺寸的分离器简单的连接起来。由于可以构造标准尺寸的分离器元件，而且可以将所需数量的分离器结合起来而不是制造一个单个的大型分离器，所以这种结构相当廉价。
当将数个平面型壁元件结合起来形成带有介于分离器不同段之间的共用隔壁的长分离器组时，要就地焊接的壁的数量远少于制造完全没有连接的分离器时的壁的数量。在本发明的一个分离器组中，当所有的涡流之间设置有一块隔壁时，它的壁数等于或小于涡流数+3。分离器单元所需要的总的壁面积也较小，这使分离器造价比较低廉。图1的结构是非常有利的。有此结构中，反应室的壁面积也用在分离器中。在此情况下，当所有的涡流之间设置有一块隔壁时，所需的壁数等于小于涡流数+2。如果不使用隔壁，壁数还会更少。
也有可能在本发明的分离器中只有一个气体涡流和一个或多个气体输入口，如图7所示。通过用平面型的壁形成涡流室，使涡流室的内部也基本上偏离圆形的方式所获得的本发明的优点也可发在此情况中获得。
这里并不是想将本发明局限于作为例子的实施例，而是可以在权利要求书界定的本发明范围内加以变更和应用。因此，涡流室在某些情况下可以是象六角形或者甚至八角形那样的多边形，多边形可以很简单地用平面型的壁制成。涡流室的气体空间的横截面基本上是与由涡流室的外壁形成的横截面同样的形状。在本发明的分离器中，涡流室的气体空间未设置有明显弯曲的壁，例如，由绝热的耐熔材料、耐磨蚀的耐熔材料或导板导致的弯曲而使涡流室的横截面接近于圆。但是，内壁可以镶衬一薄层耐磨蚀的耐熔材料。
本发明还包括一种从一股其内带有颗粒的高温气体中分离出颗粒的方法，它使用了一个具有一内部气体空间的涡流室，该气体空间的圆形度大于或等于1，最好≥1.1。该方法包括以下步骤(a)将其内带有颗粒的高温气体引入涡流室的非圆形内部气体空间的上部；(b)在涡流中生成至少一个垂直气体涡流，其中，气体在气体空间中旋转，与涡流室的非圆形横截面开始接触；(c)将已从其分离出颗粒的高温气体从涡流室中排出；和(d)将分离出的颗粒从涡流室的下部排出。
在图5B的实施例中，涡流室12是一个多边形，而且在气体空间之间没有隔壁，参见图5A的实施例，在图5B中，在涡流室12的气体空间31中形成的每个气体涡流都对应有一个输入口86、88。为了与图5A-7A的结构相比较，在图5A-7B中使用同样的标号。
在图6B的实施例中，在气体空间31a和31b各自中的气体涡流各对应有一个输入口86、88。图7B示出了一个单个气体涡流的标准组件。
图8示出两个带有气体涡流的气体空间31a和31b，该气体涡流具有细长形的横截面和细长形的气体输出口开口50、52。
图9示出了一个循环流化床反应器的横截面视图，该反应器在其中间有一个反应室110并具有环绕反应室110上部的分离器标准组件112a、112b、112c等。此实施例中的结构与图1-5A实施例的结构比较，看得出只是在同样的两位数的标号前加了一个“1”。
图10示出了一个圆筒形反应室210的横截面视图，该反应室具有多个绕反应室210的带弯曲壁的分离器标准组件。此实施例中的结构与图1-5A实施例的结构比较，看得出只是在同样的两位数的标号前加了一个“2”。
图11-15示出了循环流化床反应器的垂直横截面，这些反应器中安排有本发明的离心式分离器。在图11中，分离器被安排在反应室的两个相对的侧边上。分离器的长壁332a、332b和336a、336b两者都加以弯折以形成回流管314a、314b。长壁332a和332b是与反应室共用的壁，分离器因此安排成部分地伸入反应室内。回流管设置在反应室的外侧。此实施例中的结构与图1-5A实施例中的结构比较，看得出只是在同样的两位数标号前加了一个“3”。
在图12示出的实施例中，离式心分离器中只有一个(412b)具有与反应室410共用的长弯折壁432b，因此，只有此分离器412b突入反应室内。分离器412b的回流管414b被安排在反应室的内侧。另一个分离器的回流管414a位于反应室的外侧。此实施例中的结构与图1-5A实施例中的结构比较，看得出只是在同样的两位数的标号前面加了一个“4”。
在图13所示实施例中，分离器没有与反应室共用的任何壁。该分离器通过管道540与反应室510连接。此实施例中的结构与图1-5A实施例中的结构比较，看得出只是在同样的两位数标号前面加了一个“5”图14示出了一个具有两个完全在反应室610内侧的分离器612c、612d的实施例，两个分离器没有任何与反应室共用的壁。对应的回流管614在反应室610的内侧形成一个隔壁。此实施例中的结构与图1-5A实施例中的结构比较，看得出只是在同样的两位数标号前面加了一个“6”。
图15示出了本发明的一个离心式分离器712，该分离器是无逆流型的，它在涡流室712的底部具有一个气体输出口750。此实施例中的结构与图1-5A实施例中的结构比较，看得出只是在同样的两位数标号前面加了一个“7”。
虽然结合了目前认为最实用和较佳的实施例对本发明作了描述，但是应该理解到，本发明并不局限于所描述的实施例，相反，而是要复盖包含在权利要求书的精神和范围内的各种变更实施例和相类似的结构布置。
权利要求
1．一种流化床反应器，它包括一个反应室(10)；一个连接到该反应室上的离心式分离器(12)，用于将颗粒从由反应室排出的气体中分离出来；和一个用于使来自分离器的分离出的颗粒回流到反应室内的回流管(14)；所述离心式分离器(12)包括一个垂直涡流室，所述涡流室具有侧壁、一上段(43)和一下段(45)，所述下段内的涡流室的水平横截面是向下减小的；至少一个设置在涡流室上段用于欲净化气体的输入口；至少一个用于净化过的气体的输出口；至少一个设置在涡流室下段用于分离出的颗粒的输出口；其特征在于涡流室的侧壁(32,34,36,38)主要是由平面型壁元件构成；所述侧壁(32,34,36,38)在涡流室上段是垂直的；至少一个所述侧壁(36)在涡流室下段是向相对的侧壁(32)弯折；与所述弯向侧壁(36)毗邻的两个侧壁(34,38)在涡流室下段是垂直的。
2．如权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于涡流室的侧壁都是被冷却的。
3．如权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于所述涡流室的侧壁包括水管壁板。
4．如权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于在涡流室下段内一个所述侧壁(36)是向相对的侧壁(32)弯折，所述相对的侧壁是垂直的，从而在下段内形成一个非对称的漏斗形空间(44)，该空间的底部形成一个固体颗粒输出口(46)。
5．如权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于至少一个设置在涡流室下段用于分离出的颗粒的输出口不是与至少一个用于向外输出净化过的气体的输出口处在同一条对称轴线上。
6．如权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于在涡流室下段内两个相对的侧壁(332a,336a；332b,336b)相向弯折。
7．如权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于回流管的两长壁是由涡流室的侧壁(32,36)的伸出部分形成。
8．如权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于回流管的两长壁是由涡流室的侧壁(32,34,36,38)的伸出部分形成。
9．如权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于涡流室的水平横截面是矩形的。
10．如权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于涡流室具有一个与反应室共用的壁(32)。
11．如权利要求10所述的流化床反应器，其特征在于反应室的两壁的伸出部分，垂直于该共用的壁，构成涡流室的端壁，这样在分离器构造中就能使用三个反应器的壁。
12．如权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于在涡流室中的一个弯折侧壁(332a,332b,432b)是与反应室共用的。
全文摘要
流化床反应器包括:反应室;连接到反应室上将颗粒从反应室排出气体中分离出来的离心式分离器;和使从分离器的分离出的颗粒回流到反应室的回流管;离心式分离器包括:具有侧壁、上段和下段的垂直涡流室,涡流室下段的水平横截面是向下减小;至少一设置在涡流室上段用于欲净化气体的输入口;至少一用于净化过的气体的输出口;至少一设置在涡流室下段用于分离出的颗粒的输出口;其中:涡流室的侧壁主要由平面壁元件构成;侧壁在涡流室上段是垂直;至少一侧壁在涡流室下段是向相对侧壁弯折;与所述弯向侧壁毗邻的两侧壁在涡流室下段是垂直。
文档编号B04C5/08GK1307927SQ00127040
公开日2001年8月15日 申请日期2000年9月11日 优先权日1990年10月15日
发明者T·许潘伦, R·库伊瓦莱伦, H·奥利拉 申请人:福斯特韦勒能源股份公司