本发明涉及用于操纵循环的流化床（CFB）系统的新方法和设备。 CFB系统，例如循环的沸腾炉，包括一燃烧室，在其中形成一高速的（如气体速度大于2m/s）固体粒子流化床。一粒子分离器连接于在燃烧室上部的排放孔，并且在那里连接在回管，用于循环从分离器分离的粒子，以通过固体粒子入口进入燃烧室的下部。一热交换器可连接于循环系统，以便从系统中回收热能。
典型地，通过在燃烧室内的热交换表面来从流化床锅炉回收热能，而对流部分置于热烟气中。燃烧室的周边壁为膜式水冷壁，其中用肋片与竖管结合，以形成蒸发表面。此外，热交换表面，例如过热器可以设置于燃烧室的上部，以便使蒸气过热。
由于高温的腐蚀和烧蚀问题，和在燃烧室内高流速地环境，对流部分以及热传导表面都必须用昂贵的耐热材料制成。
在常规的CFB系统中，在低负荷条件下难以获得所希望的过热蒸气。燃烧室的气体温度是随着负荷的降低而降低。需要设置特别装置以便获得所希望的结果，即在对流部分具有过热器。此外，过热器置于燃烧室内是不能接受的，因为它增加成本和给锅炉带来控制问题。因此，这就需要，特别是应用增压以寻找新的方法以便在系统中增加热传导表面，而不需要增加燃烧室的尺寸，但这样增加压力容器的尺寸。
有人建议使用外部热交换器（EHE），以便提高过热能力。外部热交换器通常占据太大空间，这样在不同（如负荷波动）负荷条件下，难以控制热传导。
在美国专利4，716，856中已以提出，在循环的流化床反应器的循环系统中设置热传导表面。热传导表面置于循环的固体材料的流化床中，所说的固体材料集中在热交换器室，形成在回管的底部。这样循环的固体材料可提供过热所需要的附加热，而不需要使用单独的外部热交换器。然而，这样的系统取决于由烟气夹带的固体粒子和再循环进入热交换器室的固体粒子。但在低负荷条件下和固此低的流化气体流速下，在气流中的热粒子体积可能太小以致不能提供过热所需要的热传导能力。
本发明提供一种用于操纵循环的流化床系统的方法和设备，使上述的缺点减至最小。本发明也提供一种改进的方法和设备，用于在循环的流化床系统中，在不同的负荷下，回收热能。
按照本发明的操纵CFB系统的改进方法，包括一热交换器室，它设置于回管的下部，该热交换器室具有一与燃烧室公用的壁。方法包括以下步骤：（a）在燃烧室内形成一高速的固体粒子流化床，以便建立包括烟气和由其夹带的固体粒子的粒子悬浮物，并在燃烧室内向上流动和通过排放孔排放;（b）在一粒子分离器内，从粒子悬浮物中分离固体粒子;（c）分离的固体粒子进入一回管，该回管的下部具有热交换器室;（d）在热交换器室形成一固体粒子床;（e）固体粒子从热交换器室通过一固体粒子入口再引入燃烧室，所说的固体粒子入口设置在公用壁上;和（f）从燃烧室将附加的固体粒子直接引入回管的下部。
在高负荷条件下，由烟气夹带大量的固体粒子并通过分离器，回管和热交换器室再循环进入燃烧室，提供所希望的热交换能力。在低负荷条件下，是使固体粒子直接从燃烧室通过在公用壁上的通道流入热交换器室，而这直接的固体粒子流加强了热交换能力，以便获得所希望的热量。
固体粒子可以从热交换器室再引入燃烧室，即通过一固体粒子入口或多个入口，该入口设置在两室中间的公用壁上。固体粒子入口或多个入口可以设置在热交换器室的下部并在其中粒子床表面的下方，或是固体粒子入口（多个入口）可以构成溢流孔，位于热交换器室中较高的位置，亦即允许气体从回管流入燃烧室。在许多应用场合，都使用这两种类型的固体粒子入口，按照本发明的一最佳实施例，设置于粒子床表面下方的入口，包括一固体流密封结构，它由两个或多个窄细（小的竖直尺寸）而基本上水平的槽，它们相互上、下叠置地设置在公用壁上，用于防止不受控制的粒子流过入口。该槽可以在像框架的结构上预先制成，而框架再装入壁内。
为了避免通过槽有直接的和不受控制的粒子流，该槽的高度（h）与长度（l）的比例应为h/1＜0.5。具有长度大约为200mm至300mm的槽，例如是公用壁的截面长度，槽即在其中形成，该槽的高度应为＜100mm至150mm，从而能防止不受控制的粒子流从其中通过。在此种槽中，固体粒子引起堵塞并形成密封塞并由于重力作用可防止流动。通过将输送气体引入在槽附近的层（床）面，可以通过该槽获得所要求的固体粒子。因此就可以控制流过入口的固体粒子和控制粒子流过热交换器床的热交换表面。
在多个入口中，基本水平的槽也不必完全水平，而宁可是倾斜的，即在燃烧室的出口端比在回管的进口端高，以致于对于相同的截面来说，其槽长（l）可以比水平槽短。倾斜槽也可以防止粗粒材料在槽的入口端集聚。
按照本发明的一个重要方面，对于设想单个大孔所需要总的垂直高度htol，可以分成几个垂直高度h1，h2，h3……，而每个划分的垂直高度正好是总高度htol的一小部分。随着垂直高度尺寸减少，每个槽的长度（l）也按同样比例地减小，而不降低对固体粒子流的密封效果。
按照本发明的最佳实施例，在热交换器室和燃烧室之间，只有短槽以足够的长度延伸通过公用的（通常是耐火材料）带衬里的膜式水冷壁时才能用于输送粒子，同时仍可以提供合适的固体粒子流密封结构。这些槽具有近似的长度（l）并等于两室之间的公用壁的总宽度（W），而壁的宽度包括管子和耐火材料衬里。这对于已有技术L阀密封来说是相当的重要，该阀远离燃烧室并占据大量空间。而本发明提供非常紧凑的结构，其中固体粒子流密封可以结合到壁结构中。
用助片可以容易地形成固体流密封通道，而肋片连接于传统的膜式水冷管壁的管子上。在许多情况下，可以在一部分壁上形成通道，此处，管子弯曲并相互分开从而为通道提供了所需要的空间。通道可以相互一个叠一个地排列，如形成-Ahls-trom“百叶窗密封型的固体流密封连接结构，并与预制的框架相结合。
特别在高负荷条件下，固体粒子可以通过一个或多个溢流孔再引入燃烧室，所说的溢流口在公用壁上形成，其水平位置高于上述的固体粒子入口。尤其是在高负荷条件下，可使用两种类型的固体粒子入口。
通过使用小溢流口以便将固体粒子从热交换器室再引入燃烧室，可防止大粒子在另一方向流动，即从燃烧室进入热交换器室。在高负荷条件下，大粒子最好在燃烧室的下部被流化。因大粒子移动进入热交换器室是所不希望的。
在低负荷条件下，不需要将固体粒子通过溢流孔再引入燃烧室。在热交换器室的床表面高度可以保持在溢流孔的下面，而溢流孔可以当作将固体粒子从燃烧室引入热交换器室的通道，在低负荷条件下也可在再引入固体粒子时，只通过一溢流孔成通过两种类型的固体粒子入口。
可以设置将固体粒子再引入燃烧室的溢流孔，以致能同时或交替地将固体粒子从燃烧室引入回管，以及从回管引入燃烧室。另一方面，可以使用各种类型的开孔，以便将固体粒子引入回管和将固体粒子再引入燃烧室。各种引导粒子的开孔的设置可以是，水平地并列布置或是垂直地重叠，即一个叠一个地排列。气体喷嘴，即将气体喷入溢流孔或是喷在溢流孔的附近，可以用于控制通过开孔的固体流。例如防止固体粒子从燃烧室流入回管。通过开孔流入的气体可以用作燃烧室的二次或类似空气。在回管和燃烧室之间公用壁的较高上部也可以设置附加开孔，主要是将气体从回管引入燃烧室。
在热交换器中粒子床是流态化，以便在粒子和置于流化床中的热交换表面之间能进行热交换。优选方式是从回管通过在流化床上面的气流开孔排放流化气体。为了防止流化气体流入粒子分离器，在回管和分离器之间可以设置气体密封结构。气体密封可形成粒子床，它置于分离器的下部通道内。优选方式是下部通道通过固体流密封与回管连接。该固体流密封最好包括在垂直方向像孔一样的竖直窄细水平槽，它在下部通道和回管之间的公用壁上一个叠一个地排列，以防止不受控制的粒子流从下部通道进入回管。
从粒子至热交换表面，例如过热器，按照本发明的最佳实施例，可以用流化气体控制。增加的流化气体流和提高围绕着热交换表面的粒子运动则提供增加的热交换能力。控制热交换用的气体，例如空气或隋性气体可以通过几个分开的喷嘴引入。
按照本发明的另一个最佳实施例，可以这样控制热交换，即通过控制流过床的热固体粒子流，使其从床表面向下流至床底部的固体粒子入口。被引入回管和热交换不需要的多余的固体粒子则通过溢流再引入燃烧室。
通过降低由床表面下方的固体粒子入口输送的固体粒子量和相应提高进入燃烧室的粒子溢流量，则增加的粒子体积被再引入燃烧室之前只能高达固体粒子床的表面。因此，降低的粒子量流过床的热交换接触表面。由于粒子和热交换表面之间的湿差较小，所以床的温度降低，热交换也降低。
通过提高由固体粒子入口输送的固体物料容积，则增加的新鲜热固体物料量可连续地被输送通过床，从而提高床中的温度和热交换能力。
在回管的底部，当固体材料再引入燃烧室时，床面慢慢地向下移动，而新的材料在床的上面连续加入。按照本发明的第三最佳实施例，可以控制床的高度，在热交换器室没有溢流孔时，则通过控制将固体材料再引入燃烧室的输送气体进行控制。在某种情况下，床面高度可以用于控制热交换。
固体粒子阻挡层（床）可以保持在输送气体入口和流化气体入口之间，而输送气体入口是在床表面的下面，并在固体粒子入口附近。而流化气体入口是在热交换器室的热交换部分。阻挡层靠近于输送气体入口，是为了防止输送气体干扰所希望的热交换，而固体粒子阻挡层保持在热交换部分，以防止流化气体干扰通过床面的固体粒子输送。在大多情况下使用单个阻挡层均可达到上述两个目的。
热交换器室可具有一倾斜的或台阶式的底部，以使在输送气体入口和流化气体入口之间，更容易提供合适的阻挡层。在热交换和粒子输送部分之间并在倾斜的底部上可设置一分隔壁。流化气体通过倾斜底的上部引入到热交换部分。输送气体是通过倾斜底的下部引入。阻挡层（床），例如只是轻微流化的粒子最好保持在倾斜底的下部。
本发明可以应用于反应器系统，该系统具有带有水平底部的回管并且应该在底部形成阻挡层（床），以防止输送气体或流化气体相互干扰。
按照本发明的另一方面，热交换器室可具有台阶式底部，其中热交换部分和固体粒子入口设置在不同的高度。热交换部分的高度比固体粒子排放口高。固体粒子入口可以通到一个热交换器室中向下指向的通道部分，该通道与燃烧室连接。
优选方式是粒子从热交换器室直接再引入燃烧室，但如果需要，可先将通过中间室再引入，而中间室与燃烧室连接。
在高负荷和低负荷两种情况下，本发明在控制热交换方面，提供了重要的改进。在高和低负荷情况下，都使热交换器室保持大量足够的固体粒子流，以获得所希望的热交换能力。
在热交换区域的气体空间主要含有清洁的流化气体，而不含碱，氯和其它腐蚀性气体组分，因此可以为过热提供非常优越的条件。这样在该区域内的过热器温度比在燃烧室内腐蚀条件下的可能过热温度要高得多。当燃烧含有腐蚀性气体组分的燃烧时，也可以产生蒸汽大于500℃，甚至大于550℃。
由于不干净的气体，即含有各种引起腐蚀的组分，对于废物/ROF燃烧锅炉来说利用热量实现过热是特别成问题的。本发明提供的系统则克服这些问题，其中过热器表面在安全气体的环境下与热循环材料接触。在热交换器中，通过使用一低速的沸腾床（气体速度＜1m/s）使烧蚀也减到最少。用热交换表面冷却的粒子具有非常低的冲击速度。此外，由于床的材料粒子尺寸小，在回管床中的烧蚀也比较少。
按照本发明，如果固体床室中的床结构分成一热交换部分和固体粒子排放部分，它靠近固体粒子入口并在倾斜底部的旁边（即在回管内单独的下部出口通道旁边），则可获得显著的成效，即大粒子（如灰粒，在床中形成的烧结块，或是从回管壁上松裂的耐火材料）靠重力向下落入回管并在流化气体入口高度的下面同时远离热交换区，否则在那里会引起机械破坏和其它问题（例如，降低热交换）。
本发明提供一种非常简单和紧揍的CFB锅炉结构。包括分离器和回管的整个循环系统，其主要结构可以是至少两个部分平行的竖直水管壁板，在它们之间形成基本上垂直的通道。最佳方式是通道具有一个壁与燃烧室成为公用壁。典型的通道具有一分离器位于其上部，一回管在其中部，和一固体床室在其最下面部分。连接回管及燃烧室的固体入口，溢流孔和其它气体和固体材料通道都可以在公用壁上预制，例如作为像框架一样结构。此种框架结构在现场也可以容易地连接于膜式水冷壁上。
本发明特别的优点是增压的流化床系统（即在明显高于大气压下操作，例如至少两大气压）。附加的热交换表面可以位于回管内，通常在压力容器空的空间内，而且附加的热交换可以用较小的气流和从而小的设备进行控制。本发明提供一紧揍的燃烧器系统，它可容易地装入压力容器中。
下面通过实施例并结合附图1的详细描述本发明。其中：
图1是按照本发明的典型实施例，一个循环流化床装置的垂直剖面示意图;和
图2是按照本发明第二典型的CBF装置类似图详图。
图1表示一循环的流化床燃烧器10，具有燃烧室12，其中具有高速的粒子流化床，流态化和/或燃烧气（如空气）由11引入。粒子分离器14连接于燃烧室12的上部，用于分离从燃烧室12排放的烟气和固体材料混合物夹带的粒子。设置一回管16用于使用分离器14分离的固体材料再循环进入燃烧室12的下部。排放孔18用于将粒子分离器14连接于燃烧室12。一气体出口20置于粒子分离器14的顶部。
燃烧室12的壁22、24，分离器14的壁22，26，28和回管16的壁30，22最好是由水管或膜式水冷板制成。在燃烧室12和回管16中的壁22，24，30的下部（如22a，24a）可以用耐火材料衬里32加以防护。
分离器14和回管16连接于燃烧室12的一个侧壁22，从而形成整体结构。在侧壁22和垂直管板23之间的空间构成分离器14和回管16，所说的管板23是与侧壁22平行。因此，侧壁22形成分离器14的一个壁，和回管16的一壁。在回管16和燃烧室12之间，并在侧壁22向下倾斜的下部形成一公用壁22a。在分离器14和燃烧室12之间，并在侧壁22的上部形成一部分双壁结构22b。垂直管板23形成分离器14和回管16的相对壁（相对壁22）。垂直管板23的上部形成分离器14的外壁26，而在管板23的下部形成回管16的外壁30。垂直管板23与侧壁22之间保持一要求的距离，以提供旋流作用，从而分离引入的气/固悬浮物的气体和固体粒子。在其中部，垂直管板23朝侧壁22弯曲，以形成具有较小截面的回管通道60（这是固体粒子流所要求的）。
形成第二管板34的内壁28，最好是置于分离器14内并在侧壁22和外壁26之间，以便在分离器14和燃烧室12之间提供一双壁结构。下部端头28′用于使管板34与一个流体再循环系统连接。在内壁28和侧壁22的上部22b之间的气体空间29是气体的密封空间，它与燃烧室12，粒子分离器14和回管16的气体空间相隔离。在某些应用场合，不用双壁结构时，因此不需要内壁28，在这种情况下，在侧壁22的上部，并在分离器14和燃烧室12间可形成公用壁。
在另一实施例中（见图2，图2上的零件与图1实施例相当的用相同的序号表示），分离器和回管16的双壁结构可以由构成回管16的外壁26的管板构成。管板具有端头26′用于使其与一个流体再循环系统连接。一中间垂直管板（未示）平行于侧壁22，以形成它们之间的空间。在这种情况下，在侧壁22和中间管板之间的空间，在其上部形成一双壁结构即用于分离器的内壁，而其下部形成回管。单独的第二管板连接在第一管板上部的外侧以形成分离器。
如图1所示，在回管16的下部，设置具有固体粒子床38的热交换器室36。在侧壁22的倾斜部分22a的下面形成热交换器室36，从而该热交换器室36其截面比在其上方的回管16大。在热交换器室36内，床38最好是再循环粒子的沸腾床。通过流态化气体喷嘴39引入用于流化床38的气体。热交换表面（如管子）40设置于床38内。
在公用壁22的下部设有第一型式的固体粒子入口42，以便使输送的固体粒子从热交换器室36进入燃烧室。第一型式的固体粒子入口42由几个像通道一样的窄槽或开孔44构成，并一个叠一个地设置，如图1所示。通过气体喷嘴45引入输送气体，用于输送固体粒子通过入口42。
回管16的底部46是台阶式的，热交换器部分36设置在其上面，还具有单独的下部48，其在台阶式底部的最下面，用于排放固体粒子通过固体粒子入口42。
一个粒子阻挡层（bed）50保持在固体粒子入口42和热交换部分36之间，以防止流化气体和输送气体相互干扰，从而按要求方便地控制热交换。
用于引导固体材料直接从燃烧室进入回管16的通道52，安置在公用壁22a中固体粒子床38的上方。在燃烧室12内循环的固体材料，特别是沿着燃烧室12的壁向下流动的固体材料，将通过通道52进入热交换器室36。成形的引导件，如成形的唇部54可以设置在燃烧室12内，以引导固体粒子流向通道52，即从此通道52更大的截面范围集聚固体粒子，并使其流进回管16。如筛板（未示）的装置可设在通道52的前面;可用于防止大于规定尺寸的粒子流进通道52。
尤其是在高负荷条件下，该通道52还可用做一种溢流式的固体粒子入口，以便将固体粒子从回管16再引入燃烧室12内。在高负荷条件下，相对燃烧室溢流的粒子可用于阻止固体粒子从燃烧室12流入回管16。在高负荷条件下，通常已有足够的固体物料循环通过粒子分离器14进入回管16。而通过通道52的固体物料的流动方向和流量可以用气体流控制，例如将气体喷进通道52或在周围容腔中的要求地点喷入。
另一方案是，可以采用引导固体粒子从燃烧室12进入回管16的单独通道和为再引导固体粒子从回管16进入燃烧室12的溢流孔。如果使用不同的通道和溢流孔，它们可以设置在不同的垂直和/或水平位置，任何用于引导固体物料进入回管16的通道，最好是置于任何溢流孔的上面。通道或溢流孔也可用于排放气体，即从回管16排入燃烧室12中。在图1的实施例中，单独的气体入口56设置于公用壁22上，其位置在床38的顶表面之上，以使将气体从回管16的气体空间16″排入燃烧室12。
在燃烧室12内的侧壁22，24的下部22a，24a，最好是倾斜的（例如在其顶部相对垂直线形成大约15-40°角），以便构成在燃烧室12的下部截面积较小于上部的截面积。这样可导致在燃烧室12的下部有较高的流速。并且在其中的固体物料有很强烈的运动，从而促使固体粒子通道52直接流入回管16。在某些应用场合，可以将气体喷入燃烧室12的下部，以便在燃烧室12内的希望位置建立固体物料的喷流。此种喷流可用于引导固体物料流向通道52，从而促使固体物料导入回管16。
在回管16的上部和粒子分离器14之间，设置气体密封结构58用以阻止气体从回管16流入分离器14。该气体密封结构58包括一管60（其置于分离器14的底部）和入口孔62，（其位于管60和回管16的上部之间），和在管60中形成的固体粒子床64。通过气体引入喷嘴31加入的气体使床64中的粒子流化，并通过喷嘴31′引入的气体将粒子输送到室16″。入口孔62是垂直狭窄的水平槽，它在管60和回管16之间形成固体流密封。该固体流密封防止未能控制的固体从分离器14流至回管16，以致在管60处保持所希望的床高度，提供希望的气体密封以防止气体从通道16″流进分离器14。
最佳是整个系统10保持有压力，即大于大气压力，典型是至少2个大气压。
现在已将认为是本发明最实用和最佳的实施例作了描述，可以理解，本发明不受所公开实施例的限制，相反，它在于覆盖各种变型和等同结构。例如，描述的循环流化床系统可包括多个回管，它们之中的一个或几个包括一热交换器室，例如上述的36型式。同样，多个热交换器部分可以水平地设置在回管的下部，它们沿着侧壁22相继排列。可以将固体物料引入回管16中热交换器之间的位置，和/或固体物料能从回管通过固体粒子入口或溢流孔排放，这些入口或溢流孔位于热交换器部分内即热交换器之间的位置。因此，本发明给所属的权利要求以最宽的解释，以便包括所有等同的方法和装置。