本发明涉及一种流化床反应器及其操作方法，更具体来说，涉及一种使用折流板系统以改善颗粒材料循环速率的流化床反应器。 反应器如燃烧器，蒸汽发生器等，利用流化床作为一次生热源，这是大家所熟知的。在上述装置中，空气送入反应器的炉体中，通过炉体中的颗粒材料床，颗粒材料包括矿物燃料如煤，和吸收剂如石灰石的混合物，吸收剂用来吸收煤燃烧所生成的硫。空气使上述床流化并促进燃料的燃烧。当反应器用作蒸汽发生器时，燃料燃烧所生成的热用来将水转变为蒸汽。流化床反应器可使燃烧具有释放热量高，硫的吸收率高，氮的氧化物排放低以及可适用多种燃料的优点。
最典型的流化床燃烧系统一般称为“沸腾”流化床，其中，一致密的颗粒材料床由空气分配板支承，通过空气分配板上许多小孔送入助燃空气，使颗粒材料膨松，呈悬浮即流化床状态。空气速度一般是形成支承床重压力降所需速度（例如最小流化速度）的二、三倍，从而形成通过床升起的沸腾，呈现沸腾液体地外观。
为了改善燃烧效率，控制污染排放，调低流化床操作，已研制了一种流化床，利用一种通称为“循环”流化床的，膨松的淘折流化床。在这种流化床中，与沸腾流化床相比较，减小了颗粒材料的粒度，提高了空气速度，因此，床面变得更为弥散，从流化床携带的固体增加。按照该工艺，在炉体的下部所获得的流化床密度明显地低于典型的沸腾流化床，而炉体的上部布满携带的颗粒材料的程度大于沸腾流化床。在炉体上部增加的固体携带量导致需要固体高循环速率的高物料通过量。具有固体高循环速率的反应器需要大型的昂贵的分离器使携带的固体在燃烧气体通过热回收区前与热燃烧气分离开来以减小在热回收区中对热回收表面的腐蚀。分离出的固体被送回流化床。
转让给本申请的同一受让人的美国专利第4，809，623号和第4，809，625号公开了一种流化床反应器，其中，在炉体下部中保持一致密的即沸腾流化床，而该流化床又同时作为一循环流化床而工作。这种设计的优点是具有沸腾流化床和循环流化床两者的优点，另一重要优点是可以利用粒度范围较宽的颗粒燃料。
在所有上述设计中，形成燃料和吸收剂均匀混合物，一部分燃料不燃烧，一部分燃料部分燃烧，一部分燃料完全燃烧;一部吸收剂不反应，一部吸收剂部分反应，一部吸收剂完全反应。颗粒材料必须有效地从系统中排出以容纳新的燃料和吸收剂。为此，一部分颗粒材料通常从床的下部通过一排出管从反应器中排出。
已经发现，一重要的工作参数-流化床中的粒度分布可通过将部分上述被排出的颗粒材料循环送回炉体的方式加以有效地控制。完成这一点的方式往往是，将空气吹过被排出的颗粒材料以除去并携带颗粒材料中的较细部分并将其送回炉体。
例如，在转让给本申请的同一受让人的美国专利第4，829，912号中公开了一种在流化床中控制粒度分布的方法，其中，空气携带着通过排出管排出的颗粒材料的较细部分，用一股气流吹送，将其循环送回炉体。在这种设计中，未循环的颗粒材料的热量可投入生产性用途，如预热助燃气体或进行预热或过热工作。
一个临近反应器炉体的卸料器/冷却器可以完成被排出颗粒材料的较细部分的循环以及从被排出但未被循环的颗粒材料带走热量两项工作。在这种设计中，卸料器/冷却器容纳通过排出管从炉体排出的颗粒材料，空气吹过卸料器/冷却器的第一部分以便吹走即携带送回炉体的颗粒材料的某些较细部分。在卸料器/冷却器中的其余颗粒材料通常则送至冷却部分，在那里从颗粒材料上除去热量，具体作法是用水/蒸汽与颗粒材料进行热交换，或者在从系统中排出前使空气吹过颗粒材料。当使用空气从未循环的颗粒材料带走热量时，空气往往被送回炉体用作经过预热的助燃空气。
但是在某些情况下，如当使用会产生过量的较细灰烬的燃料时，或者当必须使用较大量的较细的吸收剂与具有较高硫份的燃料一起使用时，在卸料器/冷却器中被带走并送回炉体的较细颗粒材料则会使炉体中或上部炉料中的较细部分的量增加至不可接受的水平。过度的炉上部装料要求较大的，更昂贵的卸料器/冷却器以及分离器，和/或要求炉在低的化学当量条件下工作，这会使效率降低。
当用来冷却卸料器/冷却器的冷却部分中的颗粒材料的方法是将空气吹过颗粒材料时，会使炉上部装料变劣。为获得高的冷却速率，通过冷却部分的空气速度和流动速率必须很高。然而高的空气速度和流动速率会携带较大量的颗粒材料，当这种空气用作助燃空气时会导致送回炉体中的细颗粒量更大，从而进一步增大炉上部的装料。为防止在卸料器/冷却器中颗粒材料的结块也必须在冷却部分中使用高的空气速度，这使事情更加复杂化。
因此，本发明的一个目的是提供一种流化床反应器，其中颗粒材料从反应器的炉体排出并送至一个卸料器/冷却器。
本发明的另一个目的是提供上述类型的一种流化床反应器，其中，一较小的卸料器/冷却器可处理在炉体和卸料器/冷却器之间的增加的颗粒材料循环。
本发明的另一个目的是提供一种上述类型的流化床反应器，其中，颗粒材料是通过卸料器/冷却器的冷却部分从反应器排出的。
本发明的另一个目的是提供一种上述类型的流化床反应器，其中，不增加炉上部的装料。
本发明的另一个目的是提供一种上述类型的流化床反应器，其中，通过烟道气体分离器的颗粒循环速率通过排出经过卸料器/冷却器的较细颗粒的方式而降低。
本发明的另一个目的是提供一种上述类型的流化床反应器，其中，炉体的化学当量可以独立于炉体和卸料器/冷却器之间的颗粒循环速率而加以控制。
本发明的另一个目的是提供一种用于接受来自流化床反应器的颗粒材料的卸料器/冷却器。
本发明的另一个目的是提供一种上述类型的卸料器/冷却器，它具有一卸料部分和一冷却部分，在卸料部分中较细颗粒从颗粒材料中分离出来，而在冷却部分中从颗粒材料除去热量。
本发明的另一个目的是提供一种上述类型的卸料器/冷却器，它不增加流化床反应器的炉体和卸料器/冷却器之间的颗粒材料循环速率，也不增加炉体上部携带的颗粒材料的装料。
本发明的另一个目的是提供一种上述类型的卸料器/冷却器，它具有增加的卸料和冷却空气速度和流动速率，以便防止颗粒材料在卸料器/冷却器中结块，并增加卸料器/冷却器的冷却部分的冷却效率。
本发明的另一个目的是提供一种卸料器/冷却器，其中，使用了折流板以防止过多的较细颗粒被从卸料器/冷却器送至流化床反应器的炉体。
为了完成上述的其它的目的，本发明的反应器的特征在于：临近于反应器的炉体设置一个或多个卸料器/冷却器，用于接受从炉体的流化床排出的颗粒材料。颗粒材料首先通过卸料器/冷却器的卸料部分，在该部分中，高速气流吹过颗粒材料，吹起颗粒材料的较细部分，将其携带在气流内，并经通风管送回炉体。许多交错的U型梁折流板在卸料部分内延伸，局部地阻止气流通过通风管，从气流中分离出一部分携带的颗粒材料，以便减少循环至炉体的颗粒材料量。
未卸出的，由折流板分离的颗粒材料则送至卸料器/冷却器的冷却部分，在冷却部分中，空气再次吹过颗粒材料，使其在通过排出管从反应器排出前被冷却。然后将用来冷却颗粒材料的空气通过通风管送入炉体的形成经过预热的二次助燃空气。为除去由冷却部分的空气携带的颗粒材料，在冷却部分的通风管中设置第二组交错的U形梁折流板，以便从冷却部分空气中分离出一部分携带的颗粒材料，从而减少循环至炉体的颗粒材料量。
现在对照以下附图，阅读对本发明的非限定性推荐实施例的详细描述，将更清楚地理解对本发明的以上简述以及本发明进一步的目的，特征和优点。
图1是本发明的流化床反应器及卸料器/冷却器的剖视图;
图2是沿图1中2-2线的剖视图;以及
图3是沿图2中3-3线的剖视图。
图1所示为本发明的流化床反应器10。反应器10包括一炉体12，一分离部分14和一个热回收部分16，均由剖视图表示，为图示清楚未画其内部零件。
现参阅图1和2，炉体12由前壁18，后壁20和两侧壁22和24形成。两个壁26和28与壁20平行间隔设置，分离部分14则由壁20和26限定，热回收部分16由壁26和28限定。在炉体12中设有底板12，顶板32伸过炉体12，分离部分14和热回收部分16。虽然图中未画，但分离部分14和热回收部分16显然设有侧壁，这些侧壁可以是侧壁22和24的延长。
在壁20和26的上部分别设有孔20a和26a，使在炉体12中燃烧形成的烟气能从炉体进入分离部分14，并从分离部分进入热回收部分16，这将在下文中详述。
显然，如果反应器10用于生产蒸汽，则壁18，20，22，24，26和28应由许多平行、气密方式设置的热交换管构成，以运载被加热的液体如水，这些管在图1中示意地画出，标号为34。另外，显然在每个壁18，20，22，24，26和28的端部设有许多集流管，这些集流管以及其它管路及有关流路的作用是以普通的方式使水流过反应器内部并来往于蒸汽鼓（未画）。为图示方便起见，上述构件从图中略去。
一颗粒材料床36在炉体12内设在多孔板38上，多孔板38水平地延伸于炉体12的下部。床36可以由燃料如烟煤的分散颗粒构成，燃料颗粒可以由任意已知的送料器或类似装置送入炉体12。显然硫的吸收剂如石灰石也可以相似的方式送入炉体12以吸收煤燃烧生成的硫。
另外，显然在紧靠板38上方通过壁18装有点火燃烧器（未画），在开始阶段点燃床36的一部分。
在板38和底板30之间形成一通风室40，它接受在风档41a控制下通过空气管41的来自外部气源的加压空气。许多喷嘴42穿过板38上的孔，用于将通风室40的空气排放到由板38支承的床36中。穿过床36的空气使床流化以促进燃料的燃烧并与燃烧产物结合形成燃烧烟气，通过对流，烟气在炉体12中上升。在烟气通过孔20a进入分离部分14之前携带了一部分较细的颗粒材料。
分离部分14包括一旋流式分离器14a，其作用是以普通的方式从烟气中分离携带的颗粒材料。分离后的烟气通过壁26上的孔26a进入热回收部分16，分离出的颗粒材料，即分离出的固体进入分离部分16的漏斗部分14b。显然，在热回收部分16中可设置一个或多个热交换装置如过热器，再热器或类似装置，用于当烟气向下通过分离部分16，通过壁28上的出口排出前从分离后的烟气除去热量。
浸入管44从分离部分16的漏斗部分14b伸至炉体12的壁20上的孔20b，以便使分离出的固体返回床36。浸入管44有一构成J形阀44a的U形部分，用于防止颗粒材料和/或气体直接从炉体12回流至分离部分16，显然J形阀可由L形阀，密封罐，整体循环热交换器或其它可防止前述回流的装置所取代。
现参阅图2和3，靠近炉体12的侧壁24设有至少一个卸料器/冷却器46。卸料器/冷却器46一般呈矩形，由前壁48，后壁50，两侧壁52和54，一底板56以及一顶板58限定。显然，如果反应器10用于生产蒸汽，那么如前所述的那样，壁48，50，52和54应由许多热交换管连同许多集流管和流路构成。
一块多孔板60设置在卸料器/冷却器46的下部，并在与板38同一平面内水平延伸，与底板56间隔开来，其间构成一通风室62。两条管道64和66从外部气源接受气体如空气，且以间隔开的位置与通风室62连通，独立地控制通风室62各部分中的压力，这将在下文详述。控制风档64a和66a分别设置在管道64和66上以提供上述独立控制。
板60是多孔的，装有许多喷嘴68，用来使空气从室62排向一排出管70，排出管70穿过板60上的一个大孔。排出管70穿过卸料器/冷却器46的底板且向下延伸。一个阀（未画）设在排出管70上以控制通过管道中的颗粒流。
一垂向隔板72从顶板58向下延伸将室62分成两个部分62a和62b，且将卸料器/冷却器46分成一个卸料部分74和一个冷却部分76，卸料部分74在通风室部分62a上方，在隔板72和壁48之间形成，冷却部分76在通风室部分62b上方，在隔板72和壁50之间形成。一孔72a在隔板72下部高于板60处形成。使卸料部分74中的颗粒材料可以通过，进入冷却部分76。
一较大的水平通道78将炉体12的侧壁24上形成的孔连接于卸料器/冷却器46相邻壁48上形成的相应孔，使炉体12的床36中的颗粒材料可以进入卸料器/冷却器46的卸料部分74。与此相似，一通风管80位于通道78上方，将炉体12的侧壁24上的孔连接于卸料器/冷却器46的相邻壁48上的相应孔，使空气从通风室部分62a在穿过卸料部分74中的颗粒材料后流至炉体12。
在卸料部分74内，许多交错的U形梁折流板82从壁48以同垂向成一倾角的方向延伸至顶板58，部分地阻止气流通过通风管80。在图3中可清楚看到，折流板82的开口面背向通风管80，使携带的颗粒材料从流向通风管80的气流中分离出来，这将在下文讲到。
局部垂向隔板84和86悬在冷却部分76中，分别从侧壁52和54延伸一段距离，将冷却部分76分成三段，其目的下文将要讲述。一条通风管88将卸料器/冷却器46的冷却部分76的顶板58上形成的孔连接于炉体12的侧壁24上形成的相应孔，使空气从通风室部分62b在穿过冷却部分76中的颗粒材料之后流至炉体12。
许多交错的类似于折流板82的U形梁折流板90在通风管88内延伸，局部地阻止气流通过通风管88。折流板90的开口面面向冷却部分76，使携带的颗粒材料从流过管88中的气流中分离出来，这将在下文讲到。
在操作中，颗粒状的燃料和吸收剂被送入炉体12并聚积在板38上（图1）。空气从一外部气源通过空气管道41进入通风室40，穿过板38和喷嘴42进入板38上的颗粒材料中，使床36流化。
点火燃烧器（未画）或类似装置被点火以引燃床36中的颗粒状燃料。当床36中的颗粒材料的温度达到预定高度时，连续地在床36的上部加入另外的颗粒材料。空气促进燃料的燃烧，空气的速度由风档41a控制，超过床36的最小流化速度，形成一沸腾的，循环的混合式流化床。
随着燃料的燃烧和吸收剂参加反应，通过喷嘴42的连续气流形成颗粒材料的均匀流化床，其中包括未燃烧的燃料，部分燃烧的燃料和完全燃烧的燃料，以及未反应的吸收剂，局部反应的吸收剂和完全反应的吸收剂。
空气和燃烧产物的混合物通过床36上升并携带床中较细的颗粒材料。生成的烟气混合物通过对流在炉体12中上升，通过孔20a从炉体排入分离部分14。分离器14a以普通的方式将携带的颗粒材料从烟气中分离出来。被分离出的颗粒材料即被分离出的固体由于重力落入漏斗部分14b，并从漏斗部分通过浸入管44喷回床36。较清洁的烟气通过孔26a进入热回收部分16，并通过热回收部分16之后由出口28a排出反应器。
根据需要打开风档64a（图2），使空气通过通风室62a进入卸料器/冷却器46的卸料部分74，以促进颗粒材料从炉体12的床36通过管道78流至卸料部分74。在风档41a的控制下，附加空气引入通风室部分62a，通过板60向上，使流入卸料部分74中的颗粒材料流化。引入卸料部分74的空气速度要通过风档64a精心控制，以便控制进入卸料部分74的颗粒材料的流动程度，颗粒材料的流化程度，颗粒材料形成的高度以及随着空气向上穿过卸料部分74而从颗粒材料携带走的较细颗粒材料的量。
当空气和携带的较细颗粒向通风管80移动以便循环进入炉体12时，这种混合物必须通过许多U形梁折流板交错设置而形成的曲折路径。折流板82的这种交错设置迫使空气绕折流板迂回。然而携带的细颗粒材料则倾向于直线前进，从而当其接触折流板开口面时因重力落回到在卸料部分74中的颗粒材料床内，从而与气流分离。
按照需要打开风档66a将空气引入通风室部分62b，向上穿过板60和喷嘴68，使冷却部分76中的颗粒材料流化，并促进未被携带的和被折流板分离的颗粒材料从卸料部分74流至冷却部分76。喷嘴68使空气指向排出管70并绕隔板84和86后排出，隔板84和86的作用是增加颗粒材料在冷却部分76中的滞留时间。这样，通过改变风档66a的档位就可以按照需要分别控制空气的速度，以及颗粒材料进入冷却部分76的流动程度，在冷却部分76中颗粒材料的流化程度及形成的颗粒材料高度。
排入冷却部分76的空气从其内的颗粒材料带走热量并通过通风管88，用作炉体12中的二次助燃空气，显然这种来自冷却部分76的加热空气也可用作其它用途。
通风管88中的U形梁折流板90与U形梁折流板82作用方式相同，用于分离气流中携带的任何颗粒材料，空气流至炉体12，而分离出的颗粒材料则回落至冷却部分76中。冷却部分76中的颗粒材料借助排出管70从反应器10排出。
由此可见，本发明的装置有若干优点，例如，由于排出一些颗粒材料并防止其循环回炉体中从而减小了循环速率，故炉体流化床中的颗粒材料的循环可使用较小的卸料器/冷却器完成。另外，由于减少了从卸料器/冷却器循环回炉体中去的颗粒材料量，故炉体上部中的加料不会增加，从而改善了反应器的化学当量条件并减小了从燃烧烟气中分离携带的颗粒材料所需的分离部分的尺寸和造价。
另外，由于能够控制从卸料器/冷却器循环回炉体的携带的颗粒材料量，故可以增加进入卸料器/冷却器的气流和速度，从而防止颗粒材料在卸料器/冷却器中结块，以及增加卸料器/冷却器的冷却部分的冷却效率。
显然对前述内容可作改变而并不超出本发明的范围，例如，水平管道78可由从床36向下延伸的基本垂向的管道取代，且卸料器/冷却器可设置在炉体12下方。
在前述内容中可作其它变化和替代，在某些实施例中可使用本发明的某些特征而不使用另一些特征。因此，本发明的范围是通过权利要求书适当限定的。