專利名稱：流化床熱反應裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種流化床(沸騰層)熱反應裝置，例如流化床燃燒裝置，流化床碳化系統，其中，含有不可燃成分的固體可燃物質--例如工業廢物，城市廢物或煤在一流化床爐中燃燒或氣化。更具體地說，本發明涉及這樣的流化床熱反應裝置，其能從流化床爐中平穩地排出不可燃成分，避免了不可燃成分沉積在爐中的特定位置，均勻和有效地燃燒或氣化上述可燃物質，并穩定地回收生成物，例如熱能或可燃氣體。
隨著經濟的發展，含有不可燃成分的固體可燃物質--例如工業廢物或城市廢物--的數量正在不斷增加。這種可燃物質含有大量的能量，但其特性和形狀等都不同，并有大量的不規則形式的不可燃物質混在其中。所以，難于穩定地燃燒這樣的可燃物質，以有效地利用能源，或使其氣化而生產可燃氣。
JP-A4-214110(日本專利申請未審查公告(KOKAI)NO.4-214110)公開了一種用于廢物的流化床燃燒裝置，其中，含有不可燃物質的廢物在一流化床爐中燃燒，并在燃燒過程中，不可燃物質平穩地排出爐外，由此得到一穩定的燃燒。在該公告的

圖1所示的燃燒裝置中，在空氣擴散板40和爐壁之間形成一不可燃物質排出口50，并且空氣擴散板頂面44是傾斜的，使更接近不可燃物質排出口50的頂面44的側面處于一更低的平面，比供到空氣擴散板40較高側的一個更大量的空氣供到空氣擴散板40的下側。然而，在空氣擴散板40的下側，供進的大量空氣使流化床更強烈地流態化。所以，流化床顯示了接近于流體的特性。在該流化床中，比重大于流化床的物質下降，而比重小于流化床的物質飄浮在其中。于是，發生了所謂的重力分離作用。所以，大比重的不可燃成分下沉，并在到達不可燃成分出口50之前沉積在爐底，這是不利的。另外，因為不可燃物質排出口50--其不供應流態化氣體--是開在爐底平面上，所以，處于不可燃物質排出口50上方的流化床的一部分是不穩定的。
JP-A-4-214110公告中圖11所示的熱處理裝置有空氣擴散板90a和90b，它們有從爐中心分別向兩個不可燃物質排出口95a和95b延伸的向下傾斜面，還有空氣擴散板90c，90d，它們有從爐側壁分別向不可燃物質排出口95a，95b延伸的向下傾斜面。從接近于不可燃物質出口的空氣擴散板比從通過空氣腔93c，93e其他部分供應一個更大量的空氣。通過大量空氣進行有力流體化的流化床顯示了接近于流體的特性。所以，在流化床中發生了所謂的重力分離。即，比重大于流化床的物質下降，而比重小于流化床的物質飄浮在其中。
隨著有大比重的不可燃成分的下沉，在其到達不可燃物質排出口95a和95b之前，它們沉積在爐底。這就妨礙了不可燃物質的平穩排出。另外，其流動性逐漸變差，最后使裝置無法工作。同時，不可燃物質排出口(其中沒有流態化氣體吹入)是開在爐底的平面上。所以，在不可燃物質排出口附近和上方形成了一沒有流態化的固定床。固定床妨礙了在流化床中形成平穩的循環流。這妨礙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(日本專利申請審查后公告NO.5-19044)公開了一種流化床爐，用于焚化包含了不可燃物質例如金屬片，土石等的廢物。在該公告中的流化床爐的爐底有一向下傾斜面，其向設在爐底中心的不可燃物質出口5延伸，送入流態化空氣，使在不可燃物質排出口附近的爐底的每單位面積上的流態化氣體的量是大的，并向爐側壁逐漸減少。所以，在流化床中發生循環流，其在不可燃物質排出口中心前向上流動，并在爐側壁附近向下流動。同時，廢物送到不可燃物質排出口5的正上方的區域。所以，送入的廢物由上升流吹起并在床頂部燃燒，或擴散于自由板并在那里燃燒。所以，在流化床中的燃燒效率不利地減少了。
在廢物從爐側壁側送入以消除上述問題的情況下，下降流使廢物有利地在流化床中分布和混合，并改善了床中燃燒的效率。然而，因為大量的空氣在不可燃物質排出口5前的位置送入，由大量的空氣有利地流體化的流化床如JP-A-4-214110一樣顯示了接近流體的特性。在該位置，比重大于流化床的物質下沉，而比重小于流化床的物質飄浮。即，發生了所謂的重力分離。所以，大比重的不可燃成分下沉，然后在其到達不可燃物質排出口之前沉積在爐底。這就妨礙了不可燃成分的平穩排出。在有相同流化床的流化床氣化裝置中，同樣出現了有關不可燃成分排出的問題。
本發明的目的是解決普通技術中的問題，并提供了一種流化床熱反應裝置，其中，在一流化床爐中燃燒含有不可燃成分的固體可燃物質，例如工業廢物，城市廢物或煤等，并且，大比重的不可燃成分能平穩地排出流化床爐外，以致避免了不可燃成分在爐中特定位置的沉積，并且爐中的流體化是穩定的，由此能使可燃物質穩定地燃燒或氣化。
當由一活動床(其中，流質處于固定床和流化床之間的過渡狀態)支承時，大比重的不可燃成分--例如鐵--不易下沉，而是能水平移動。然而，在一個流質強有力流化的流化床中，這種不可燃成分迅速下降和沉積，于是，難于運動和排出。由于這一事實，更具體地說，本發明的一個目的是提供一種流化床熱反應裝置，其中，通過一活動床將已送入爐中的含有不可燃成分的可燃物質移動到不可燃成分出口附近，并且，流質在不可燃成分出口附近有力地流態化，由此，迅速地使可燃物質燃燒或氣化，并通過下沉允許大比重的不可燃成分從可燃成分中分離出來，并從不可燃成分出口排出。
本發明的另一目的是提供一種流化床熱反應裝置，其中，能防止不可燃成分出口使流態化氣流中斷，并且在爐中形成的流質的主流化床和主循環流是穩定的，由此能使可燃物質有利地燃燒或氣化。
本發明的另一目的是提供一流化床熱反應裝置，其中，已送入爐中的包含不可燃成分的可燃物質在流質的下降流和水平流中移動，通過氣體淘析作用產生小比重的并具有高可燃物質濃度的上流化床和大比重的并具有高不可燃成分濃度的下流化床，高可燃成分濃度的上層與上升流混合，通過不可燃成分出口上方，然后進一步循環，同時在大比重和高不可燃成分濃度的下流化床中的不可燃成分和流質優先地從不可燃成分出口排出爐外。
本發明的另一目的是提供一流化床熱反應裝置，其能有效地將不可燃成分排出爐外，并通過設置在與主流化床分離的付流化床中的熱回收裝置穩定地回收熱能。
本發明提供了一種流化床熱反應裝置，包含不可燃成分的可燃物質在流化床爐中燃燒或氣化，其中，具有大量的流態化氣體供氣孔的弱擴散板和強擴散板設置于爐的底部形成一主流化床，一長或圓的不可燃成分出口設置于弱擴散板和強擴散板之間；用于將可燃物質供入流化床爐中的可燃物質供料口被設置使可燃物質能落在弱擴散板上方的區域；弱擴散板能供給流態化氣體使流質具有較低的流化速度，并形成一流質的下降流；弱擴散板有一向不可燃成分出口延伸的向下傾斜面；強擴散板能提供流態化氣體而使流質有一較高的流化速度，并形成流質的上升流；流質形成以一上升流和下降流交替流動的主循環流。一部分流態化氣體從不可燃成分出口通過有大量流態化氣體供氣孔的附加擴散板供入，使在不可燃成分出口附近的流質流化，使流質在主流化床中連續，而使主循環流穩定。本發明的流化床熱反應裝置有使用空氣，蒸汽，氧氣，燃燒廢氣和它們的混合氣作為流態化氣體燃燒或氣化可燃物質的功能，并能相對于可燃物質調節供入的氧化氣體，例如空氣或氧氣的比例。
從可燃物質供料口供入的可燃物質與流質的下降流一起向下運動到爐底附近，然后沿弱擴散板的向下傾斜面在水平方向運動。在沿向下傾斜面水平運動的同時，可燃物質由從下面向上供入的流態化氣體進行氣體淘析，由此在不可燃成分出口附近產生小比重和高可燃成分濃度的上流化床和大比重和低可燃成分濃度的下流化床。高可燃成分濃度的上流化床與流質的上升流混合，經過不可燃成分出口上方，然后進一步循環燃燒。在下流化床中的流質和不可燃成分優先從不可燃成分出口排出。
在所述弱擴散板和不可燃成分出口之間具有一輔助擴散板，其上有大量的流態化氣體供氣孔，所述輔助擴散板能供入流態化氣體使流質有較高的流化速度，所述輔助擴散板有一斜度比弱擴散板更陡的向下傾斜面，其位于弱擴散板下緣和不可燃成分出口之間，向不可燃成分出口延伸。
在所述強擴散板上方設有斜壁，使流態化氣體翻轉，并且流質在強擴散板上方朝爐中心，即弱擴散板上方的區域向上流動，在斜壁上方有一相對高度部分。強擴散板有一隨著離不可燃成分出口的距離增加而逐漸升高的向上傾斜面，強擴散板的設置使隨著離不可燃成分出口距離的增加流化速度也不斷增加。
另外，在所述斜壁和爐側壁之間有一熱回收室，熱回收室在斜壁的上和下端與爐中部連通，并且在熱回收室中設有熱回收裝置，一第三擴散板設在強擴散板和爐側壁之間，使第三擴散板與強擴散板的外緣鄰接，第三擴散板能提供流態化氣體使在熱回收室中的流質具有較低的流化速度，第三擴散板有一與強擴散板同樣斜度的向上傾斜面。
爐底的平面結構可以是矩形或圓形的，通過平行設置一矩形的弱擴散板，不可燃成分出口和強擴散板，或通過相對于矩形弱擴散板的脊部對稱設置矩形的不可燃成分出口和矩形強擴散板而形成矩形爐底。圓形爐底由一錐形弱擴散板形成，其中心高而周緣低；不可燃成分出口的形狀包括一組與弱擴散板同心設置的部分環形的部分；并且，強擴散板是環形的。
在本發明另一種形式中，提供了一種流化床熱反應裝置，包含不可燃成分的可燃物質在流化床爐中燃燒或氣化，各具有大量的流態化氣體供氣孔的弱擴散板，輔助擴散板和強擴散板設置于爐的底部，一不可燃成分出口設置于輔助擴散板和強擴散板之間；一可燃物質供料口被設置使可燃物質能落在弱擴散板上方的區域；弱擴散板能供給流態化氣體使流質具有較低的流化速度，并形成一流質的下降流；弱擴散板有一向不可燃成分出口延伸的向下傾斜面；輔助擴散板能提供流態化氣體而使流質有一較高的流化速度，輔助擴散板有一斜度比弱擴散板更陡的向下傾斜面，其處于弱擴散板下緣和不可燃成分出口之間，使向下傾斜面向不可燃成分出口延伸；強擴散板能提供流態化氣體而對流質提供一較高的流動速度，并形成一流質的上升流；在水平方向，輔助擴散板向下傾斜面的下緣基本與相鄰的強擴散板的邊緣重疊，但在垂直方向，這些邊緣相互分離；不可燃成分出口開在所述兩個邊緣之間的垂直間隙中，即，出口是水平打開的。
最好，在所述強擴散板上方設有斜壁，使流態化氣體翻轉，并且流質在強擴散板上方朝爐中心，即向弱擴散板上方的區域向上流動。一自由板設在斜壁上方。強擴散板有一隨著離不可燃成分出口的距離增加而逐漸升高的向上傾斜面，強擴散板的設置使隨著離不可燃成分出口距離的增加流化速度也不斷增加。在所述斜壁和爐側壁之間有一熱回收室，熱回收室在斜壁的上和下端與爐中部連通，并且在熱回收室中設有熱回收裝置，一第三擴散板設在強擴散板和爐側壁之間，使第三擴散板與強擴散板的外緣鄰接，第三擴散板能提供流態化氣體使在熱回收室中的流質具有較低的流化速度，第三擴散板有一與強擴散板大致同樣斜度的向上傾斜面。
爐底的平面形狀可以是圓形或矩形的。通過將矩形弱擴散板和強擴散板平行設置，或將矩形的弱擴散板和矩形的強擴散板相對于矩形弱擴散板的脊以一成角度的截面對稱設置而形成一矩形爐底。通過一錐形弱擴散板，一與弱擴散板同心設置的倒錐形強擴散板，和一在弱擴散板的外緣和強擴散板內緣之間垂直間隙的開口形成的不可燃成分出口而形成一圓形爐底。
在本發明的流化床熱反應裝置中，通過弱擴散板供入的流態化氣體給于流質一較低的流化速度，而形成一流質的下降流，通過強擴散板供入的流態化氣體給于流質一較高的流化速度，而形成一流質的上升流。于是，形成了包括下降流和上升流的主流化床。在流質以下降流的方式向下流動后，其由弱擴散板的向下傾斜面引導成為一上升流，并在強擴散板附近上升。已到達流化床頂部的流質被引向爐中部，并再成為一下降流，于是形成一在主流化床中循環的主循環流。
通過一附加擴散板--其設在不可燃成分出口中--供入流態化氣體，以致能提供一較高的流化速度，在不可燃成分出口附近和上方的流質被有力地流化。于是，在不可燃成分出口的上方的流質也成為一流化床，而不是一固定床。于是，從弱擴散板到強擴散板的流化區域是連續的，并且一主循環流--其在弱流化區是向下流動和在強流化區是向上流動--能穩定地形成而不會中斷。在強擴散板上方的斜壁使在強擴散板上方向爐中心向上流動的流態化氣體和流質翻轉，而促進主循環流的形成。
可燃物質從可燃物質供料口落在弱擴散板上方的區域。弱擴散板上方的區域已被柔和地流化并處于一活動床的狀態--其為一固定床和流化床之間的中間狀態。在活動床中，可燃物質和不可燃成分在流質中為懸浮狀態。所以，可燃物質和不可燃成分與流化床中的循環流一起向下流動，然后水平運動到強擴散板上方的流化區域--在該處流動速度是高的。然而，雖然可燃物質和不可燃成分懸浮在流質中，但它們是處于柔和的流化狀態。所以，當可燃物質和不可燃成分水平運動的同時，所謂的重力分離緩慢地發生。即，比重大于活動床的物質逐漸下沉，而比重小于活動床的物質上浮。于是，小比重的可燃物質向上運動，而大比重的不可燃成分向下運動，于是，形成一高可燃成分濃度的上流化床和一高不可燃成分濃度的下流化床。
小比重的和高可燃成分濃度的上流化床與流質的上升流混合，經過不可燃成分出口上方，在燃燒裝置的情況下，上流化床在有高流化速度的氧化氣氛的上升流中滿意地燃燒。因為上流化床有較小的不可燃物質含量，所以其能在上升流中有利地燃燒。在氣化裝置的情況下，可燃物質在上流化床中部分燃燒和有效地熱分解。于是，能達到很好地氣化。
大比重和高不可燃成分濃度的下流化床被導向弱擴散板的向下傾斜面，而進入不可燃成分出口--其設在弱擴散板和強擴散板之間。于是，流質和不可燃成分從不可燃成分出口排出。即，因為在弱擴散板上方的流質是處于活動床的狀態，所以，即使是超大比重成分，例如鐵也能由活動床支承并向不可燃成分出口附近運動。所以，沒有不可燃成分沉積在爐底上。同時，流態化氣體能通過不可燃成分出口上的擴散板供入，以給于一較高的流化速度，于是，在不可燃成分出口的入口附近和上方能使流質強有力地流化。
然后，在不可燃成分出口的入口附近和上方的流質處于被強有力地流化的狀態，而不是處于固定床也不是處于活動床的狀態。所以，流化床顯示了接近于液體的特性。所以，在流化床中易于發生所謂的重力分離作用。即，比重大于流化床的物質下沉，而比重小于流化床的物質飄浮在流化床中。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穩。因為在爐中的不可燃成分平穩地和有效地排出，所以，其不會干擾爐中的燃燒和氣化。因為可燃成分和不可燃成分由氣體淘析所分離，并且差不多只有不可燃成分排出，所以，爐中的熱損失很小，并且，排出的不可燃成分的處理也較容易。
最好，使用一斜度大于弱擴散板的輔助擴散板而提供有較高流化速度的流態化氣體，由此，使從弱擴散板上方運動的活動床變化進入流化床。于是，由氣體淘析所進行的不可燃成分分離迅速地進行，特別是，大比重的不可燃成分，例如鐵，下沉于輔助擴散板上。然而，因為輔助擴散板有一大的斜度，所以，這種大比重的不可燃成分平穩地引向不可燃成分出口。強擴散板的布置使流化速度隨著離不可燃成分出口的距離而逐漸增加。于是，強擴散板促進了以爐心為中心的主循環流的形成。
第三擴散板對在熱回收室中的流質給于一較低的流化速度，以在熱回收室中形成一向下運動的活動床。在上升流上部流質的一部分--斜壁使其向爐中部翻轉--進入斜壁上端上方的熱回收室并以一活動床的形式向下流動。在與熱回收裝置進行熱交換而冷卻之后，流質沿第三擴散板被引向強擴散板上方的區域，并與上升流混合和由上升流中的燃燒熱而加熱。于是，通過由在熱回收室中的下降流和在主燃燒室中的上升流形成流質的付循環流，并且在流化床爐中的燃燒熱由在熱回收室中的熱回收裝置所回收。如圖10所示，熱回收裝置的總導熱系數隨著流化速度而可有較大的變化。所以，通過改變通過第三擴散板的流態化氣體的速率能容易地控制回收的熱量。
通過將流化床爐的平面形狀制為矩形，能容易地進行爐子的設計和制造。然而，如果將爐子的平面形狀制為圓形，其能增加流化床爐側壁的抗壓性，并且，其能容易地通過減少爐中壓力而防止廢物燃燒所產生的氣味和有害氣體的泄漏，反之，通過增加爐中的壓力而得到能驅動氣輪機的高壓氣體。
在本發明的另一形式中，對于圍繞不可燃成分出口的擴散板，從平面看，一擴散板的下緣基本與另一擴散板的下緣接觸，這些邊緣在垂直方向相互分離。不可燃成分出口開在兩邊緣之間的垂直間隙中。于是，在不可燃成分出口上方的區域能被流化，而不用在不可燃成分出口內表面提供一擴散板。于是，流化區域從弱擴散板到強擴散板是連續的，并且在弱流化區域向下流動并在強流化區向上流動的循環流是穩定的，而不會出現間斷。
圖1是本發明第一實施例的流化床熱反應裝置基本部分的垂直剖視圖；圖2是本發明第二實施例的流化床熱反應裝置基本部分的垂直剖視圖；圖3是本發明第三實施例的流化床熱反應裝置基本部分的垂直剖視圖；圖4是本發明第四實施例的流化床熱反應裝置基本部分的垂直剖視圖；圖5是本發明第五實施例的流化床熱反應裝置爐底部分的透視圖；圖6是圖5中流化床熱反應裝置爐底部分的平面圖；圖7是圖5中流化床熱反應裝置爐底部分的垂直剖視圖；圖8是本發明第六實施例的流化床熱反應裝置爐底部分的透視圖；圖9是本發明第七實施例的流化床熱反應裝置爐底部分的透視圖10是在本發明的流化床熱反應裝置中熱回收裝置的總傳熱系數與通過第三擴散板送入的流態化氣體流化速度之間關系的曲線圖；圖11是本發明第八實施例的流化床熱反應裝置爐底部分的剖視圖。
下面參照附圖對本發明的一個實施例進行描述。
圖1-10顯示了根據本發明實施例的流化床熱反應裝置，其中，本發明是為一燃燒裝置的形式，圖11顯示了根據本發明一個實施例的流化床熱反應裝置，其中，本發明是為一氣化裝置的形式。在附圖中，相同的部件標以相同的標號，重復的描述被省略。
圖1是本發明第一實施例基本部分的垂直剖視圖。在圖1中，流化床熱反應裝置有一設在流化床爐1爐底部分中部的不可燃成分出口8；一弱擴散板2和一強擴散板3，其各設置在不可燃成分出口8和側壁42之間；一可燃物質供料口10設在弱擴散板2上方；一斜壁9設置在強擴散板3上方；一相對高度部分44設在斜壁9上方。爐子的平面形狀可以是矩形或圓形的。在爐1中，包括不可燃顆粒--如砂子--的流質由通過弱擴散板2和強擴散板3向上吹入爐中的流態化氣體--例如空氣--吹起。然后，流質處于一飄浮狀態，于是，一主流化床形成了。主流化床的可變的頂面43處于斜壁9中部的高度上。為了進行燃燒，要增加流態化氣體中的氧含量。然而，通過減少流態化氣體中的氧含量，能使可燃物質氣化。
將流態化氣體從氣源14通過管62和接頭6送入位于弱擴散板2下方的弱擴散室4。將流態化氣體通過設在弱擴散板2上的大量的流態化氣體供氣孔72以一較低的流化速度送入爐中，以在弱擴散板2上方形成一流質的弱流態化區17，在該區17中，形成一流質的下降流18。弱擴散板2的頂面是一朝不可燃成分出口8逐漸變低的向下傾斜面，如其垂直剖視圖所示。在圖1中，在弱擴散板2頂面附近，下降流18成為一沿向下傾斜面流動的大致水平流19。
強擴散板3有大量的流態化氣體供氣孔74，并且其下方有一強擴散室5。流態化氣體從氣源15通過管64和接頭7送入強擴散室5。流態化氣體通過大量的流態化氣體供氣孔74以一較高的流化速度送入爐中，在強擴散板3上方形成一強流化區16，在該區16中，形成一流質的上升流20。強擴散板3的頂面是一向上傾斜的面，其在不可燃成分出口8附近最低，并朝向側壁42逐漸變高，如其垂直剖視圖所示。
在圖1中，在流化床爐1中的流質從上升流20的頂部移動到弱流化區17的頂部，即，下降流18的頂部，然后在下降流18中向下運動。然后，在水平流19中的流質運動到上升流20的底部，于是，產生了一個主循環流。斜壁9是傾斜的，以致其從側壁42向爐中心逐漸變高，迫使上升流向弱擴散板2上方的區域翻轉。
在弱擴散板2上方設有一可燃物質供料口10，用于將可燃物質38送入流化床爐1，使可燃物質落在弱擴散板上方的區域。從可燃物質供料口10送入的可燃物質38與流質的下降流18混合，并與下降流18一起向下運動到爐底附近，并被熱分解或部分燃燒。然后，可燃物質38與沿弱擴散板2的向下傾斜面流動的流質的水平流19混合，然后，向不可燃成分出口8水平運動。通過向上供入的流態化氣體使水平流19中的可燃物質受到氣體淘析和重力分離作用。于是，大比重的不可燃成分11運動到水平流的下側，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濃度的上流化床12和大比重和高不可燃成分濃度的下流化床13。
高可燃成分濃度的上流化床12與流質的上升流20混合，通過不可燃成分出口8上方，并由氧化氣氛和強流態化進行燃燒。在流化床中產生的燃燒氣體上升到流化床頂面43上方的相對高度部分44，如必要的話，可進行第二次燃燒。再進行煙塵的清除和熱能的回收，并且燃燒氣體排入大氣。在下流化床13中的流質和不可燃成分從不可燃成分出口8排出。一與不可燃成分出口8相連的通道40能使落入不可燃成分出口8的不可燃物質和流質通過一料斗和一排出擋板等(未示)排出爐外。通過一裝置可回收與不可燃成分一起排出爐外的流質，并使其再返回流化床爐1中。
在圖1所示的流化床熱反應裝置中，流態化氣體從氣源15通過管64，支管66和噴咀21供入通道40。流態化氣體從通道40通過不可燃成分出口8向上吹入爐中，使在不可燃成分出口8上方的流質流化，形成一從弱擴散板2上方的區域連續延伸到強擴散板3上方區域的主流化床，由此，使流質的王循環流穩定。
強擴散板3有一向上傾斜面，其隨著離不可燃成分出口8的距離的增加而逐漸升高，以致與水平流19--其沿弱擴散板2的向下傾斜面大致水平運動到不可燃成分出口8上方的區域--分離的上流化床12逐漸變化進入上升流20，由此使主循環流穩定并防止不可燃成分沉積在強擴散板3上。也可以使通過強擴散板3送入的流態化氣體的流化速度隨著離開不可燃成分出口的距離而逐漸增加。這對于主循環流的形成是有效的。
圖2是本發明第二實施例的流化床熱反應裝置主要部分的垂直剖視圖。在圖2中，流化床熱反應裝置有一設置在流化床爐1底部中央的弱擴散板2；輔助擴散板3′分別設置在弱擴散板2的兩側，其上有大量的流態化氣體供氣孔76。不可燃成分出口8和強擴散板3設置在輔助擴散板3′和側壁42之間。在弱擴散板2上方設置有可燃物質供料口10；斜壁9分別設置在強擴散板3上方；一相對高度部分44設置在斜壁9上方。
弱擴散板2的頂面是一向下傾斜面，其中部最高，并朝不可燃成分出口8逐漸變低。在爐的水平截面為圓形的情況下，弱擴散板2的頂面為一圓錐面。在圖2中，在弱擴散板2的頂部73附近，下降流18被分為兩個沿左右兩個向下傾斜面流動的大致水平流19。在爐的水平截面為圓形的情況下，強擴散板3的頂面為一外周緣高于內周緣的倒錐形面。
在圖2中，弱擴散板2的邊緣部連接于具有大量流態化氣體供氣孔76的輔助擴散板3′。流態化氣體從氣源15通過管64，支管68，閥68′和接頭7′供入一輔助擴散室5′。流態化氣體從輔助擴散室5′通過流態化氣體供氣孔76以一較高的流化速度供入爐中，以使輔助擴散板3′上方的流質流體化。
在圖2中，在流化床爐1中的流質從各上升流20的頂部運動到弱流化區17的頂部，即，下降流18的頂部，然后在下降流18中向下運動。然后，在各水平流19中，流質運動各上升流20的底部，于是，產生了一主循環流。下降流18--其包括一活動床一在弱擴散板2頂部73附近分為兩個沿左右向下傾斜面流動的水平流19。在爐的平面為矩形的情況下，形成兩個，即左和右主循環流。
在弱擴散板2上方的水平流是一活動床，其中，流質的流化程度低。所以，在水平流中的超大比重的不可燃成分，例如鐵，也會運動而不會沉積在爐底。當水平流到達各輔助擴散板3′上方的位置時，活動床變為一流化床，其中，由于通過輔助擴散板3′供入的流態化氣體，流化速度是高的。然后，由于氣體淘析作用，大比重的不可燃成分迅速下沉。因為輔助擴散板3′的向下傾斜面比弱擴散板2的更陡，下沉的大比重不可燃成分通過重力作用沿輔助擴散板3′的向下傾斜面運動到不可燃成分出口。在圖2中，除了具有輔助擴散板3′和輔助擴散室5′，并且弱擴散板2，不可燃成分出口和強擴散板相對于爐中心對稱設置之外，該裝置基本與圖1所示的裝置相同。所以，在這里不再詳述。
圖3是本發明第三實施例的流化床熱反應裝置的垂直剖視圖。在圖3中，各輔助擴散板3′的傾斜角比圖2中的更陡，并且輔助擴散板3′的下緣77延伸以致在一平面視圖中與相鄰的強擴散板3的下緣75接觸，同時在一垂直方向與相鄰的強擴散板3的下緣75隔開。在兩個邊緣之間形成的垂直間隙提供了一不可燃成分出口8，即，其是水平打開的。雖然沒有流態化氣體從不可燃成分出口8供入，但是因為不可燃成分出口8如在平面圖中所示的沒有一打開的區域，并且因此不會妨礙流態化氣體的上升流，所以，出口8不會干擾流質的主循環流。圖3所示裝置的其他結構與圖1和2中所示的大致相同，所以，這里不再詳述。
圖4是本發明第四實施例的流化床熱反應裝置基本部分的垂直剖視圖，如同圖3所示情況一樣，各不可燃成分出口8水平地打開，并且沒有流態化氣體從不可燃成分出口8送入。如圖4所示，該裝置有形成于構成主燃燒室的爐中心部分附近的熱回收室25，即，其處于強擴散板3上方的斜壁24和爐側壁24之間，和一熱回收裝置27設于各熱回收室25中。各斜壁24有一垂直延伸的下部。第三擴散板28--其與強擴散板3有大致相同的斜面--從相關的強擴散板3外緣延伸到側壁42處于斜壁24垂直突出部下方。
在斜壁24下延伸部的邊緣與第三擴散板28之間的垂直間隙形成一位于爐中部與熱回收室25之間的下連接通道29。另外，一組垂直篩管23設在斜壁24上部和爐上壁之間。篩管23之間的間隙形成一上通道23′，用于使熱回收室25上部與爐中心連通。一氣源32和位于各第三擴散板28下方的第三擴散室30通過管68″和接頭31相互連通。流態化氣體從相關的第三擴散室30通過大量的流態化氣體供氣孔78以一較低的流化速度供入各熱回收室25，以形成一流質的下向的付循環流26。
上升流20的由各斜壁24而指向爐中部的流質的一部分形成一反向流22，其通過斜壁24上方的上通道23′，并進入熱回收室25的上部，在該處，流質以一下降流的方式向下運動。然后，流質的下降流通過下連接通道29，并與在主循環流中的上升流20混合，并上升和到達上升流20的頂部。于是，形成一經過熱回收室的流質的付循環流26。付循環流26中的流質通過與熱回收室25中的熱回收裝置27進行熱交換而冷卻，并由上升流20中的燃燒熱而加熱。如圖10所示，熱回收裝置的總導熱系數根據流化速度而有大的變化。所以，改變通過第三擴散板28的流態化氣體的速率能有效地控制熱的回收量。
在圖1和2所示的裝置中，流態化氣體從不可燃成分出口8供入，并且主流化床沒有間斷的部分。于是，能形成一個穩定的主循環流。在圖3和4所示的裝置中，各輔助擴散板3′的邊緣與相鄰的強擴散板的邊緣垂直隔開，并且不可燃成分出口8開在兩邊緣之間的垂直間隙中。所以，從平面上看，從爐底向上供入的流態化氣體氣流中沒有間斷的部分。于是，如同圖1和2所示的情況一樣，能形成一穩定的主流化床。
圖5，6和7分別是本發明第五實施例流化床熱反應裝置圓形底部的透視圖，平面圖和剖視圖，其等同于圖2中實施例爐的平面結構為圓形的情況。圖7是沿圖6中A-A線的剖視圖。其中，弱擴散板2為一錐形頂面，其中部高而周邊低。一環形輔助擴散板3′，四個部分的環形不可燃成分出口8，和一強擴散板3與弱擴散板2為同心關系地設置。輔助擴散板3′的斜面比設在中心的弱擴散板2的斜面更陡。強擴散板3有一倒錐形的環形表面，其內緣低而外緣高。強擴散室5有一環狀外形。
在圖5，6和7中，具有四個局部的環形不可燃成分出口8，和四個徑向延伸的第四擴散板3″，其各處于成對的不可燃成分出口之間。各第四擴散板3″兩側有向不可燃成分出口8延伸的兩向下傾斜面。第四擴散板3″的向下傾斜面將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積在第四擴散板3″上。圖5，6和7所示裝置的結構和功能基本與圖2所示的相同，所以，這里不再詳述。
圖8是本發明第六實施例的流化床熱反應裝置爐底的透視圖，其相似與圖2實施例中的爐平面結構為矩形的情況。在圖8中，弱擴散板2有一屋頂形狀，其平面為矩形，并在中部有一脊73′。弱擴散板2，輔助擴散板3′，不可燃成分出口8和強擴散板3相對于脊73′對稱布置，并且它們都為矩形的。圖8所示的裝置包括第四擴散板3″，它們垂直于脊73′延伸，并平行于不可燃成分出口8的邊緣。第四擴散板3″有向相關的不可燃成分出口8延伸的向下傾斜面。第四擴散板3″的向下傾斜面將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積在第四擴散板3″上。該實施例的其他結構和功能與圖2所示的基本相同，所以，對其的描述省略了。
圖9是本發明第七實施例的流化床熱反應裝置爐底部分的透視圖，其相似于圖2實施例的爐的平面形狀為矩形的情況。該實施例的結構大致與圖8的相似，但不同點在于與不可燃成分出口8鄰接的各強擴散板3的邊緣處于弱擴散板2斜面的延伸部的平面之中，而各強擴散板3的與側壁相鄰的邊緣處于弱擴散板2斜面延伸部的平面之上。該實施例的其他結構和功能基本與圖2和8中實施例的相同，所以，省略了對其的描述。圖8和9中所示的裝置有較少數量的彎曲構件，所以容易設計和生產，所以能降低成本。
圖10是一曲線圖，顯示了在本發明的流化床熱反應裝置中熱回收裝置的總導熱系數與通過第三擴散板28供入的流態化氣體流化速度之間的關系。當流化速度是在0-0.3m/s的范圍，特別是0.05-0.25m/s的范圍中時，熱回收裝置的總導熱系數根據流化速度明顯地變化。所以，如果通過將在熱回收室中的流化速度控制在這樣的范圍內而改變總導熱系數，就能在一寬的范圍內控制熱的回收量。
圖11是本發明第八實施例的流化床熱反應裝置的剖視圖。其中，一熔化燃燒爐90連接于流化床熱反應裝置。流化床熱反應裝置與圖2所示的有一相同結構，但是其作為一氣化爐工作。流化床爐1中產生的生成物--包括可燃氣體，輕和細的未燃成分如炭和焦油，飛灰等--送入熔化燃燒爐90的垂直的圓柱形主燃燒室82，在該處，通過例如供入的第二空氣或氧氣83，生成物在1,350℃左右的高溫下作為后處理進行燃燒和熔灰，并在傾斜的第二燃燒室84進一步燃燒和熔灰。所產生的廢氣93和熔渣95在一排出室92中分離和分別排出。第二燃燒室84根據需要設置。
本發明的主要作用和優點如下(1)在流化床熱反應裝置中，形成了包括流質上升流和下降流的主循環流，可燃物質落在下降流的上部，與主循環流混合并燃燒。所以，其能均勻和有效地燃燒或氣化可燃物質，例如尺寸，不可燃成分含量和比重等不同的廢物。
(2)可燃物質在燃燒，分解和氣化的同時在下降和水平流中運動，并且通過流態化氣體的氣體淘析和重力分離作用，使大比重的不可燃成分在與小比重的可燃成分逐漸分離的同時，沿弱擴散板2的向下傾斜面被導向不可燃成分出口。在不可燃成分出口，通過重力分離使不可燃成分下沉和分離，并平穩地排出爐外。所以，不可燃成分不會沉積在爐底，并且，不可燃成分不會影響供氣，燃燒，氣化和熱回收等。并且，因為可燃物質成分低，所以，排出爐外的不可燃成分容易處理。
(3)一部分流態化氣體從不可燃成分出口供入，或者不可燃成分出口是水平開口，而不是垂直開口。所以，流態化氣體從整個爐底表面供入，于是，形成一流質的穩定的主循環流。所以，其能均勻和有效地燃燒和氣化可燃物質，并使裝置能平穩操作。通過控制燃燒空氣量，能實現可燃物質的完全的燃燒或高效的氣化。
(4)一熱回收室形成于斜壁和爐側壁之間，一第三擴散板位于熱回收室之下。第三擴散板與強擴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傾斜面。所以，在熱回收室中的不可燃成分被平穩地引向不可燃成分出口，而不會影響熱回收。另外，通過控制通過第三擴散板供入的流態化氣體，能在很大程度上改變熱回收裝置的導熱系數。所以，其能容易地控制熱的回收量。
權利要求
1.一種流化床熱反應裝置，流化床爐(1)中燃燒或氣化包括不燃物在內的可燃物(38)的流動床熱反應裝置，其特征在于在流動床爐底部，具有向爐內供給較小流態化速度的流態化氣體形成流態媒體的沉降流(18)的弱擴散板(2)和，向爐內供給較大流動速度的流態化氣體形成流態媒體的上升流(20)的強擴散板(3)，在該弱擴散板的上方設置供給該可燃物的可燃物供給口(10)，在弱擴散板與強擴散板之間配置排出隨同與該流態媒體的沉降流一起下降的不燃物的不燃物取出口(8)。
2.按照權利要求1所述的流化床熱反應裝置，其特征在于備有從所述流態媒體回收熱的熱回器(27)。
3.按照權利要求1或2的流化床熱反應裝置，其特征在于所述流化床爐(1)具有矩形或圓形水平斷面。
4.按照權利要求1至3所述流化床熱反應裝置，其特征在于在所述爐內底部備有朝向所述不燃物取出口(8)的傾斜面。
5.按照權利要求1至4所述的流化床熱反應裝置，其特征在于備有使所述流態媒體轉向的傾斜壁(9)。
6.按照權利要求1至5所述的流化床熱反應裝置，其特征在于具有將所述流動床爐中生成的飛灰在內的生成物導入后熔化該飛灰的熔融燒結爐(90)。
7.一種向流化床爐(1)供給包括不燃物的可燃物(38)，使其燃燒或氣化的方法，其特征在于包括向爐內供給較小流態化速度的流態化氣體形成流態媒體的沉降流(18)的同時，將較大流態化速度的流態氣體供給爐內形成流態媒體的上升流(20)的工序和將可燃物向所述流態媒體沉降流(18)上方的工序以及與該不燃物一同沉降的該流態媒體的沉降流(18)在向該上升流移動過程中，分離不燃物的工序。
8.所述流態化氣體為空氣、水蒸汽、氧氣、或燃燒排氣之中之某種或它們的組合氣體的權利要求7的方法。
全文摘要
流化床熱反應裝置，包含不可燃成分的可燃物質在流化床爐中燃燒或氣化，具有大量的流態化氣體供氣孔的弱和強擴散板設置于爐底，一不可燃成分出口設置于弱和強擴散板之間；一可燃物質供料口被設置使可燃物質能落在弱擴散板上方的區域；弱擴散板能供給流態化氣體使流質具有較低的流度，并形成一下降流；弱擴散板有一向不可燃成分出口延伸的向下傾斜面；強擴散板能提供流態化氣體而使流質有一較高的流度，并形成上升流；一部分流態化氣體通過不可燃成分出口供入爐中。
文檔編號F23C10/00GK1494943SQ0317879
公開日2004年5月12日 申請日期1996年4月26日 優先權日1995年4月26日
發明者永東秀一, 大下孝裕, 裕 申請人:株式會社荏原制作所