本发明涉及一个新颖的例如在一个流化床系统中将固体颗粒从一个具有固体颗粒的腔输送到另一个腔中的方法和装置，用于提供一种固体流的气封、一个可控的固体流阀，或提供两者。 本发明特别涉及到一种在沸腾或循环流化床系统的两个腔之间输送固体颗粒的方法和装置。在流化床反应器中，固体颗粒例如可以从反应器腔输送到邻近的处理腔中去回收热量、分离颗粒、或化学或其他处理。另一方面，在循环流化床反应器中，流化床材料被连续地从一个返回管（腔）再循环到反应器腔的下部。
例如，流化床反应器被用于不同燃烧、传热、化学或冶金过程。根据工艺的不同，固体流化床材料在系统中被流化或被循环。在燃烧过程中，可以由象煤、焦炭、褐煤、木柴、废物、或泥煤这样的颗粒燃料以及其他如沙、灰、硫吸收剂、催化剂、或金属氧化物这样的颗粒材料构成流化床。
流化床系统中，固体颗粒的内或外循环或输送是从高压腔到另一低压腔中或从低压腔到另一高压腔中。在从高压向低压的输送中，颗粒在两个腔之间的压差作用下流动，而在从低压向高压的输送中，以机械方式输送颗粒，例如螺旋输送器，或以非机械方式如用输送气体输送颗粒是公知的。
机械输送在象流化床燃烧器这样的热环境中，由于迅速地腐蚀和堵塞趋势，它是不可靠的。
当使用非机械方式把固体颗粒从低压腔中输送到高压腔中时，在腔之间必须提供一个气封或气塞，以便阻止气体从高压腔向低压腔流动，因为不希望发生这种流动。
如US5069171号专利所公开的，在循环流化床反应器（CFB）的返回管中提供一个环密封（J阀门）型式的气塞是已知的。通过防止环密封成为空的并在环密封中保持一个足够高层的固体物料实现密封效果。在环密封中，聚积的循环流化床物料提供了一个足够高的压利以防止气体从高压的反应器腔通过返回管流入低压的颗粒分离器中。固体物料通过重利可以从环密封中流入反应器腔中或者通过输入的流化气体从环密封中被输送。
气封的其它形式也已知被用在CFB反应器的返回管中。一个密封筒形式的气封在美国专利4896717和4915061中已公开，其中循环流化床物料从颗粒分离器通过一个返回管被导入到一个与反应器腔连接的密封筒中。在密封筒中聚积的固体物料阻止气体从反应器腔中流入到返回管中。通过流化气体输送固体物料，并从密封筒中溢流入反应器腔中。
气封的另一种形式，称为“L阀形”的气封在美国专利4538549中被公开，其中在CFB反应器中的返回管通过一段相当长的水平管被连接在反应器腔的下部。循环流化床物料在水平管中聚积，防止气体从高压的反应器腔中流入到低压的返回管中。固体颗粒由输送气体通过水平管被输送到反应器腔中。已知的L-阀结构具有很长的大横截面水平管。该管必须是长的以便在管中聚集足够的颗粒，以阻止气体由此通过进入返回管。
为了提供具有上述已知形式的有效气封（耗用大量空间的环密封结构，密封筒或L-阀），需要大量的循环流化床物料。此外，当热流化床物料在一个循环流化床系统的返回管中被循环时，在该气封结构中为防止在启动或停止过程中的由于气封中的温差而引起的损坏，复杂的支架，热封，绝热装置与连接是必需的。减少空间的耗用，减少可能的损坏和便宜的气封是需要的，特别是在冷却结构中。
按照本发明，提供一种将固体颗粒从一个具有颗粒床的第一腔输送到另一腔中的方法和装置，其中上述的缺点被尽量减少。本发明也提出了一种在流化床系统中的两个腔之间改进的气封安置，流化床系统两腔之间改进的固体流阀的安置及在流化床系统中改进的控制方法，用于控制固体颗粒从一个腔至另一个腔的输送。
按照本发明，提供了一种把固体颗粒从装有固体颗粒的第一腔输送到一个邻近的第二腔的方法，两相邻的腔被一隔板壁隔开，在隔板壁上设有几个窄通道，使所述腔互连，该方法包括如下步骤：（a）把输送气体输入第一腔。并且，（b）使用输送气体，以多支路固体流形式使固体颗粒通过分隔板壁的窄通道使其被输送至第二腔，使得窄通道起到固体流气封，一个可控固体流阀的作用，或两个作用都起。
在本发明的一个较好的实施例中，窄通道具有一个小于角α的正切的高（h）与长（l）的比值（h/l），该角α是固体物料的一个特性角。该角α是固体颗粒堆的最大角，在该角度固体物料能被堆在一起，而不会有固体颗粒散开或沿堆的边滑下来。在许多应用中，该高长比h/l小于约0.5。
通道的固体流气封的作用决定于比值h/l。按照本发明关于水平通道的较好的实施例，该比值h/l应小于0.5，以防止穿过通道的固体的不可控流动，并在第一腔中保持一个足够高度的固体表面，以防止气体穿过通道回流。垂直尺寸（h）越小，能用的通道越短。
通道在隔板壁平面上的横截面最好是矩形缝之类的，但是在某些应用中，方形或圆形截面可能更好。
通道能被制成斜的，其出口端高于进口端，以防止粗材料在通道的进口端聚积。在斜通道中，通道的长度（1）能够比有相同截面的水平通道进一步被减少。在某些应用中，通道可能仅部分倾斜，使它的底部倾斜，而上部边缘区域是水平的。也可能使通道在其进口端向一个方向倾斜，而在出口端向另一方向倾斜。此时通道的横截面应为V型形状或倒V型形状。在某些应用中，可以使用逐渐增加或减少的横截面。
通道的入口侧可以被调节，以防大的会阻塞通道的颗粒进入通道。另外，通道也可以是向着出口侧直径增加的漏斗形。
按照本发明的另一优选的实施例，在两腔之间的隔板壁上的具有几个缝状通道或以框架状结构成形在彼此顶上的开口。腔例如是一个在返回管下部的腔，一个在流化床燃烧器中的燃烧腔，或一个连接于燃烧腔的换热腔。几个缝状通道为穿过隔板壁的固体流提供了几个分开的通道。按照本发明的一个重要方面，对于一个假想的单个大通道所需的总的垂直尺寸hta能够被分成几个垂直尺寸h1，h2，h3……，所分的每个垂直尺寸仅是总的所需hta的几个之一。通道的总的横截面积所由需的质量流量所决定，例如用于内外换热器传热的质量流量。
本发明更重要的方面是，当垂直尺寸被减少时，每个通道的长度（L）可以相同的比例被减少，而不减少通道的环密封效果。按照本发明的一个实际方面，长度仅足以延伸穿过共同的隔板壁的短通道能被用于从一个腔中把颗粒输送到另一个中，同时提供气封。
按照本发明的短通道可以容易地装在共同的水管壁或隔板壁中，该通道可以形成于壁中与管子结合的凸缘上。该通道可以以百叶窗式构造设置在壁中，即装在预制架中的“百叶窗密封”
本发明提供了一种改进的气封，它是很小的并能够被很容易地包括在现有的反应器结构中。这种新的气封尽量减少了所需的复杂连接、隔热或支架。
本发明也提供了一种控制固体流从第一腔进入第二腔的方法。使固体颗粒通过通道输送到第二腔的输送气体可以通过在第一腔底部的喷嘴或开口或/和在侧壁，最好是在与隔板壁相对的侧壁的不同高度的喷嘴或开口被输入。由控制通过在不同高度和位置的不同喷嘴的输送气体的流动，能够控制通过通道的固体流量。通过第一腔底部的喷嘴输入的输送气体输送固体颗粒使其通过隔板壁的所有通道，而通过侧壁上较高位置的喷嘴输入的输送气体，它主要输送固体颗粒使其通过第一腔中较高位置的通道。喷嘴太接近通道输送的固体物料比间隔显著距离的少。当然通过控制输送气体输入的量也可以控制通过通道的固体颗粒的输送量。
通过应用本发明，从而使从第一到第二腔的固体颗粒循环量的控制成为可能。例如从返回管到反应腔或从燃烧腔到换热器的腔。
来自流化床反应器风箱的空气或来自一个分离的鼓风机，最好压利稍高一些的空气或其它便宜的气体，如循环废气可以用作输送气体。如果需要隋性、非氧气条件应特别的使用隋性气体。
按照本发明的一个实施例是在一个流化床燃烧器中的床颗粒，它从燃烧腔直接或经一个支管腔通过窄缝状通道或通路被输送到一个邻近的热交换器的腔中，通道或通路以百叶窗形结构被安置在分隔热交换器腔与燃烧腔或当使用支管腔时分隔支管腔与燃烧腔的隔板壁上。通过通道并从而在热交换器中进行热回收的颗粒流通过控制引导颗粒穿过通道进入热交换器或支管腔的输送气体的输入被控制。颗粒可以随输送气体穿过分隔热交换器的腔和燃烧腔的板壁和置于热交换器腔上部的溢流出口或穿过置于热交换器腔下部的另一组缝状通道被再循环。
按照本发明的另一实施例，在一个循环流化床（CFB）反应器中循环流化床颗粒穿过设置在返回管下部的“百叶窗密封”从返回管被再输入到反应器腔中。在返回管中构成循环颗粒的流化床。随固体颗粒被再引入燃烧腔，床缓慢向下移动，新的固体物料被不断地加在流化床的顶部。流化床的高度可以由控制从返回管穿过“百叶窗密封”通道进入到燃烧腔的再引入固体颗粒的输送气流被控制。
本发明还提出一种自控制系统，当在返回管中的流化床高度太低时，使输送气体通过流化床向上流动到返回管的上部，而没有输送固体颗粒穿过通道。这使得在返回管中的床物料增加。而后在某一流化床高度，由流化床高度阻止了输送气体穿过床向上流动，并且开始穿过通道流动及输送固体颗粒穿过通道。
本发明也提出了一种在CFB反应器中的从返回管至反应腔中的一个或几个不同相对高度再循环固体物料的方法。由本发明的通道给出了有效的防止气体流进返回管的气封。现有技术的环密封和L-阀是更复杂和浪费空间并不适用于CFB反应器的上部。
按照本发明的再一个实施例，提出了一种从有固体颗粒的第一腔把固体颗粒输送到一个相邻的第二腔的装置，两腔由具有连接两腔的通道的隔板壁分开，该装置包括：进气口装置，用于把输送气输入第一腔。及两个或多个一个置于另一个顶部设置在隔板壁中的使腔相互连接的窄通道，用来提供固体流气封，一个可控固体流阀，或两者都提供。
按照本发明的水平通道最好有一个小于0.5的高（h）与长（l）之比（h/l）。设置在隔板壁中的窄通道可以具有一尺寸，它只允许预定大小的或较小的颗粒从第一腔流到第二腔中。由此，通道阻止较大物质从如燃烧腔流入连接在其上的热交换器中或阻止较大的灰粒从返回管流入燃烧腔中。具有圆形或方形截面的通道的最大尺寸应是大约50mm直径。具有水平缝状截面的通道最好应有最大约为50mm的垂直尺寸。所用最大尺寸决定于在流化床中被处理的物料。
本发明的主要目的是提供一种有效并实用的气封和控制阀，它们具有简单的结构，适用于流化床之类的地方。本发明的这一目的和其它目的由于对本发明的详细说明及所附权利要求书将变得更为清楚。
图1是通过本发明一个典型实施例的循环流化床装置的等角剖视示意图;
图2是图1中返回管下部和“百叶窗密封”通道的部分放大剖视图;
图3是由本发明的另一个典型实施例的流化床燃烧腔下部的一个截面示意图;
图4是由本发明的一个典型的支路腔和连接于一个燃烧腔的热交换器腔的一个等角示意图，为清楚地说明起见侧壁被剖开;及
图5是本发明的再一个典型实施例的循环流化床反应器下部的一个截面示意图。
图1所示循环流化床燃烧器10具有一个燃烧腔12，它被设计成有一个扩大的颗粒流化床。一个颗粒分离器14被连接在燃烧腔12的上部，用于分离从燃烧腔中穿过管13排出的废气与固体物质的混合物中的颗粒。一个返回管16被给出，用于将从分离器分离出的固体材料再循环到燃烧腔12的下部。
燃烧腔12、分离器14及返回管16的壁20，22，24，26，28最好由用耐火衬29部分保护的水壁板或薄板构成，如图2所示。
见图1和图2，返回管16的下部有一个比其上部大的水平截面。再循环颗粒的沸腾床34被提供在下部30中。一气体空间36从流化床34延伸到颗粒分离室14。用于流化床物料从返回管16到燃烧腔12再循环的入口38和39被设置在燃烧腔的下部30。燃料入口40基本上设置在入口38，39的下边，这样当燃料和再循环颗粒被输入燃烧腔时被立即混合。如果需要，燃料也可以输入到返回管16的下部30。
热传表面，如过热器表面（图中未示出）可以提供在沸腾床34中，处在传热区域的两入口38和39之间。
入口38和39最好具有窄缝状入口通道42a，42b，42e，42f（见图2），它的一个叠一个设置在一个框架式结构44中，用来连接返回管16的下部30和燃烧腔12的下部。通道42a-42f中的每一个最好有一个小于0.5的高（h）与长（l）之比（h/l），并且通常h＜50mm。如图2所示，通道42a-42f最好由管16向腔12稍微向上倾斜，如大约10-20度（图2中大约为15度）。
在返回管16中的流化床34的物料盖住入口通道42a-42f，并且在入口通道42a-42f之内的固体流构成气封，防止燃烧腔的气体从处于高压P1的燃烧腔12通过通道42a-42f及流化床34流进在返回管16的上部处于低压的气体空间36中。
输送气体（如空气，隋性气体，再循环废气或类似的气）可以通过底部气体入口46，48，50，52和54（图2）喷嘴输入返回管16的下部30，喷嘴如用于流化床中的普通形式。
另外，输送气体可以通过上部气体入口56，58和60（图2）被输入。由底部气体入口46-54输入的输送气体从流化床34的最低或较高部分向进口通道42a-42f输送颗粒，通过喷嘴56输入的输送气体输送的颗粒比通过喷嘴58输送的多，后者主要通过入口通道42a-42c的最上部输送固体物料。在低负荷时，气体可以主要通过最上部的喷嘴60输入来仅输送少量的固体颗粒并在返回管16中保持一个适当的流化床高度。
通过控制流过不同喷嘴46-60的输送气流，在各种处理条件下，能建立通过所有入口通道42a-42f的最佳固体流，用于通过通道42a-42f将所希望量的床34的物料再循环至燃烧腔12并同时在各种处理条件下，在所有通道中保证有效的气封，如防止流化床的高度降到某一高度之下，使气体从燃烧腔12通过通道42a-42f流入返回管16。流化床自己的气封作用也应保持在适当的程度。输送气流的控制也控制着通道42a-42f的阀的作用。
在通过返回管再循环的流化床物料高载荷的情况下，输送气体能够通过所有或几乎所有喷嘴46至58输入，以便携带最大量的固体颗粒随着输送气流送过通道42a-42f。在低载荷条件下，只需输送少量流化床物料通过通道42a-42f。可以这样做，即通过主要由喷嘴54-60输入输送气体，由此最接近入口通道42a-42f及最接近喷嘴46-52的流化床34部分受输送气体的作用非常小，这导致减少通过通道42a-42f再循环的流化床物料的量。如果有低的流化床高度，通过喷嘴60和58输入的输送气体可能向上进入返回管的气体空间36而一点也不输送流化床物料。
然而，一定要保证在通道中建立固体流气封。在某些情况下，特别是在最低的通道42e和42f中，气封是由用固体颗粒充满通道而建立的。如果在返回管中有一个足够高的固体颗粒高度，为了实现的一个气体密封，防止气体流入，通过通道42a-42f的颗粒的实际流动不是必须的。
在气封区域入口38和39之间的传热区域内，流化气体可以通过喷嘴输入，以控制传热并按所需速度从传热区域向入口38和39输送固体物料。
图1和图2所示的框架结构44能够很容易地被置入象壁20一样的一个普通管壁或隔板壁中。当用耐火衬29盖住壁时，框架44和缝状入口通道42a～42f能被预制在壁20中。在管壁20中的管在构成过程中为了给框架结构44提供所需的开口，它能被弯曲（图中未示出）。为了能够使用缝状通道42a～42f，在用耐火衬29盖住管壁之前，一个由斯泰诺斯（Styrox）或其他可燃烧物质构成的模型被设置在框架44中管子之间。该模型在耐火衬29加热过程中被烧掉，在剩余的壁28中仅留下缝状通道或开口42a′-42f′，该通道42a′-42f′与通道42a-42f对齐。
图3显示了本发明的另一个实施例。在本实施例中，一个热交换器的腔110与反应器腔112连接，用于通过内部再循环流化床物料使其通过热交换器的腔110从反应器腔112中的流化床物质（未示出）中回收热量。
热交换器腔110被连接于反应器腔的壁118的下部的倾斜的镶有耐热衬的壁部114。入口开口116被安置在有耐火衬的壁部114的上端。沿侧壁118向下流动的颗粒被开口116截获并流入热交换器的腔110。液体循环传热面被设置在热交换器腔110中。
按照本发明的缝状出口通道122被安置在有耐火衬的壁部114的最下部，用来将颗粒再输入至反应器腔112。用于将颗粒输入反应器腔112的通道122构成固体流气封。通道112是一些一个置于另一个顶部的窄缝，其中每个窄缝构成一个单独的L-阀气封。
输送气体（如空气）通过在热交换器的腔底部的喷嘴124被输入，用来从热交换器腔中把颗粒输送到反应器腔中，并在通道122中提供固体流气封。输入流化气体的其它喷嘴（图中未示出）可被应用在热交换器腔110中的热传区域，用来控制热传。
图4显示了由本发明的另一个实施例。该图显示了在一个流化床反应器中的反应器腔210的一部分和一个邻接于反应器腔210的壳体212，并且该壳体包括一个上升腔214和一个处理腔216。壳体212一部分与反应器腔210的侧壁218背靠背设置。壳体被壁232分隔成上升腔214和处理腔216。一个在壁232下部的开口234连接着腔214，216。
一个反应器腔210的出口220被设置在上升腔214和反应器腔210之间的共同壁部222上的一第一垂直高度上。由于腔之间的压差，固体颗粒穿过出口220从反应器腔210流入上升腔214。按照本发明的呈一“百叶窗密封”的窄缝状通道220被设置在出口221中以防止气体从一个腔流入另一个中并防止大于预定尺寸的物体从反应器腔210流入上升腔214中。
空气喷嘴236被设置在上升腔214中，用来以气动方式把固体颗粒通过开口234输送到处理腔216中。在反应器腔210与处理腔216之间的共同壁228上提供了两个入口226和227，用于将固体颗粒返回到反应器腔210中。输送气体和其中携带的固体颗粒从上升腔214通过入口226流入反应器腔210中。
设置在处理腔216的固体颗粒床中的第二入口227包括由本发明的一个置于另一个顶部的窄缝状通道230。固体颗粒在重利作用下流过通道230或由从喷嘴240输入的流化气体输送它。在第二入口227中建立固体流气封，来防止不可控的固体流从处理腔216中进入反应器腔210中。
图5还显示了本发明的另一具体实施例。图5显示了一个在一个CFB反应器中的反应器腔310，该反应器具有一个返回管312和一个连接在其上的热交换器腔314。固体颗粒的床316被聚积在返回管312的下部。由本发明的固体流的通道320被设置在处于返回管312的下部318与热交换器腔314之间的隔板壁322上。输送气体通过喷嘴324进入返回管312的下部，以输送颗粒穿过通道320进入热交换器腔314并在返回管312和热交换器腔314之间建立一个固体流气封。
输入到热交换器腔314中的固体物料在其中被流化并通过溢流溢过开口326再循环进入到反应器腔310中。按照本发明，在需要时附加的通道也可以被设置在处于热交换器腔314与反应器腔310之间的隔板壁325的下部。