CN1008771B - 流化床热交换装置 - Google Patents

Abstract

一种流化床热交换装置，它有两个流化室，两个室分别有流化气供给源，室1装有供给颗粒状固体的装置，室2经下通口与室1相通，并有排放装置，且包括水平的热交换管的管束，固体介质颗粒的平均尺寸为50～3000微米，室2内流化气的最大速度是固体介质颗粒的最小流化速度的1.5-10倍。热交换管间的水平间距及垂直间距为管外径的1.2～3倍，本装置结构紧凑，热功率可变范围宽，并可灵活、连续地调节热交换。

Description

本发明涉及一种用来提供热交换的流化床热交换装置，此装置能在使用包括诸如象在流床中煅烧矿砂或燃烧煤等热处理的方法期间所产生的粉状产物流上灵活地调节热交换。

人们期望实现这样一种热传递，例如一种热回收交换装置，应尽可能的紧凑并有尽可能大的灵活性。但迄今为止为人们公知的设备中还没有一种令人满意的方式来实现这两种情况。目前所用的是普通的或多管流化床，此流化床的热交换管浸没在流化床中，这些装置尺寸大且热功率仅仅在有限范围内以分级的和不连续的方式进行变化。活动的、通风的或不通风的床也有使用，其热交换管浸没在这些床中，但由于固体颗粒分布不均匀使其操作不易控制，并且它们的效率是中等的。

所以，本发明的主要目的是提供一种具有更高效率的热交换装置，其热交换的实现是在以流化态流动的粉状产物的装料和浸没在其中有被加热和被冷却的流体流动的流化产物中的热交换管之间进行。本发明的目的还在于以连续状态的方式来调节粉状产物和热交换管之间的热传递。

本发明基于一种热交换装置，它包括分别供有流化气的两个流化室，即：一个提供有供给颗粒状热传递介质的装置的第一流化室，紧接第一流化室并有下侧通口与该第一流化室相通且同时有一个排放热传递介质的出口的，并包含浸没在流化床中的热交换管的第二个流化室。根据本发明，热传递介质的颗粒的平均尺寸为50～3000微米，第二流化室内的流化气的最大速度为热传递介质颗粒的最小流化速度的1.5～10倍。热交换管基本上是水平的并且分开一段水平距离（在水平面内测量出的两相邻管子的轴线间的距离），它为这些管子外径的1.2～3倍，这些管子具有在垂直距离上分开一段距离的在垂直平面内测量出的两相邻管子的轴线间的距离或垂直间隔为这些管子外径的1.2～3倍。

最好颗粒的平均尺寸选择在100～2000微米，及将流化气的最大速度选择为这些颗粒的最小流化速度的6～9倍，管子水平距离的最佳值为管子外径的1.5倍，垂直距离的最佳值也为管子外径的1.5倍。

根据本发明的热交换装置的一个重要特征在于：在第二流化室内的管束具有紧凑性。这种紧凑性可用上面所规定距离来表示，这表示此时第二流化室在其所有有效部分中填有按上述距离排列的管子。

当管束的紧凑性在本发明的范围内达到其上述临界紧密性时，在所有其他条件都不变的情况下，两个流化室的流化床的平均密度就会出现差异，这个密度比第二流化室内的密度略低，从而使在两个流化室之间的热传递介质流从第一流化室流向第二流化室。另外，由于管子的紧凑性，在固体颗粒与热交换管之间产生较大的摩擦。这两种作用（密度减少能加速流动而与管子的摩擦增大会限制流动）方向相反，并产生一个合成流速，它有改进流化介质与管子之间的热传递的作用。这种现象甚至在两个流化室内的流化速度相等的情况下发生。但是，很显然，第二流化室内部的流动也受到第二流化室内的流化气流速的影响，换句话说是受到第一与第二流化室中的流化气流速的相对值的影响。因此，在保留了具有更高传导系数的优点的同时，根据本 发明的热交换装置的能力，通过改变两个流化室中的流化速度来实现热交换功率的调节是可能的。

向第一流化室供给热传递介质的装置可由浸没在流化床中的下降管组成，此时在热交换装置与位于上流的分离器之间需要提供气压隔离。

第二流化室的排出口可以是一个外露的溢出口，或作为一种变换，设在第一流化室内，其水平面比包含在第一流化室内的流化床水平面高。

根据实施例的另一种变换是第一和第二流化室被包括在一共同的总的壳体内，由一内隔板隔开，隔板的高度低于流化床的高度。

在这种情况下，流化气能顺利地从任一流化室露出的溢出口排出。然而如果需要的话，流化气可通过一个为此目的而设置的特别通口或经溢出口从每个流化室向室外排出，只要有一个底部浸没在流化床内的上隔板即可;作为一种变换形式，可以提供一特别排出口，排放第一流化室的气体并可将该气体与第二流化室的固体颗粒一同排出。

如需进一步改进热交换装置的灵活性，可以在连接两流化室的下侧通口的水平面上设置一个机械的或非机械的阀门，达到调节两个流化室之间的固体颗粒流速的目的，因而其作用附加在与第一和第二流化室内的流化气相对流速相联系的作用上。实际上，可用该阀门作为专用调节阀，来保持流化气流速恒定，也可每次调整阀门时通过改变流化气流速来调节功率。也可同时使用两种调节方法。

现对以下本发明的热回收交换装置的两个实施例进行说明，并参照附图，其中：

图1为第一实施例的示意图，

图2为第二实施例的示意图，

图3、图4为表示一个典型的管子排列例子的详细视图，

图1与图2系本发明的热交换装置，其包括一个第一流化室〔1〕，其与一个第二流化室〔2〕相连接和相通。这两个流化室〔1，2〕中每个都有一隔栅〔3，4〕，还分别有其自己的流化气进口〔5，6〕，因而，能使任一流化室内的东西分开进行流化。第一流化室顶部有一指向下方的外溢排出管〔7〕，另外此第一流化室〔1〕有一上封闭壁〔8〕，此壁上穿过一下降管〔9〕，用来供给颗粒状的含卡路里的热传递介质，此介质是从配在处理反应装置或流化床锅炉后面的分离器如旋风分离器供给的。管子〔9〕浸没在流化床〔10〕中，流化床的正常水平面与溢出管〔7〕的水平面一致，管子〔9〕浸没在流化床〔10〕中以保证热交换装置相对位于上流的分离器间进行气压隔离。

流化室〔2〕与流化室〔1〕由壁〔11〕隔开，此壁有一连接两室的下通口〔12〕及一连接两室的上通口〔13〕。图1与图2所示实例的差别是：在图1中，壁〔11〕是一公共壁，并且除了通口〔12〕、〔13〕外该壁将两流化室全部隔开，而在图2中，壁〔11〕是一内隔板，它将两流化室限定在相同的体积之内;这样，在第二种情况中，上通口〔13〕实际上是在壁〔11〕与上公共封闭壁〔8〕相遇之前由壁〔11〕的中断所形成。在图1所示的实例中，两流化室〔1，2〕相互隔离较好，且上通口〔13〕可由形成流化室〔2〕的一部分的溢出管〔14〕（用点划线标出）来代替，最好出口〔14〕与出口〔7〕处于同一水平面的位置上或略高于出口〔7〕的水平面位置。这种结构具有能将进口〔5〕和〔6〕的流化气（除有一小部分由经通口〔12〕通过的固体颗粒带过者外）分开的优点，只要通口〔13〕被浸没在流化床内即可。在图2所示的结构中，溢出口可设置在左边（如在图2中的〔7〕处）或设置在右边（例如在图1中的〔14〕处），这些不同结构方案的选择可视具体使用条件而定。

图2还表明，下通口〔12〕还可在其底部边缘设置一个能使第一流化室的流化气对另一室的床的影响最小的V字型转向装置〔15〕，当然，这种安排在图1所示实例中也可采用。

在以上两种情况中热交换管束总的由〔16〕表示，它们被安装在第二流化室内且装在上通口〔13〕与下通口〔12〕之间，这管束中流过的流体可由经下降管〔9〕所供给的热传递介质的卡路里加热，或在其他应用中通过用来加热经下降管〔9〕引入的介质的热流体来加热。

此管束〔16〕包括水平的或至少有一部分长度是水平的或基本上是水平的管子〔17〕，在任何情况下，在水平面内可以限定其各轴线间的水平距离或水平间距EH。相类似地管子〔17〕在垂直方向上成行排列，所以也可以限定在其各轴线之间使这些管子的水平部分分开的垂直距离EV。

词“管束”并不意味可将管子〔17〕理解为在二个相同管头之间的所有管子。图3表示了管子〔17〕将下管头〔18〕连到上管头〔19〕，其中心部分〔17a〕相对水 平面是倾斜的，这些管子分开的水平距离为EH。图4表示了在一侧及在对侧的几个下管头〔18A、18B和18C、18D〕他们在垂直方向上成行排列，这些下管头经象图3所示那样倾斜的管子〔17〕分别与在一侧及在对侧排成行的上管头〔19A、19B和19C、19D〕相联接，在这些管子之间其轴线分开一段垂直距离EV。

所以管束这个词在这儿指一组连接二个管头或二个以上管头的，并安排成可以限定它们间作为一个方面的水平距离EH和作为另一方面的垂直距离EV。在流化室〔2〕内的垂直管子并不全部满足这一限定。但是水平的或最好只与水平面略有倾斜的管子的垂直排布层会满足上面的限定，然而如上所述，只要管子间的垂直距离EV能加以限定则管子相对水平面有倾斜是允许的。

在第二流化室内管束〔16〕的管子〔17〕所具有的紧凑性可由水平距离EH与垂直距离EV来定义。在实际的实施例中，第二流化室〔2〕内部的尺寸为0.40米×0.30米，即隔栅〔4〕的面积为0.12平方米。管子〔17〕的外径为25毫米，它的水平距离EH为37.5毫米，垂直距离EV为37.5毫米。

由于在流化室〔2〕中的管子〔17〕的紧凑性对于热交换装置的进一步改进只有当热传递介质颗粒的尺寸为给定尺寸的情况下才能完全实现，此时，通过室〔2〕隔栅〔4〕的流化气的给定速度与该尺寸相对应。在这里所给出实例中的热传递介质是沙，它的平均粒子直径为500微米，它的视密度为2.5，流化气最小速度是0.6米/秒。因而应指出，室〔2〕内的热传递介质的流量为12吨/小时（T/h），且上述室内的流化床的温度是600℃，可以确定床与管子之间的传导系数为300瓦/平方米·度。

室〔2〕的截面尺寸大于室〔1〕的截面尺寸;不过两室之间的差异并不是非常重要的，只要室〔1〕能合适地向室〔2〕供给热传递介质就足够了。

实验已证明，管子的紧凑性对传导系数的有利作用受水平距离EH的影响要比受垂直距离EV的影响大。

除了对传导系数的改进外，根据本发明的热交换装置具有很大程度的操作灵活性，热交换可以连续调节，并且调节的范围可以从流化停在室〔2〕内时的零值到室〔2〕内的流化产生在流化气速度最大时的最大值。室〔2〕内的管子〔17〕的紧凑性在室〔2〕内引起在两流化室的流化床之间的密度上的差异，室〔2〕内的速度越高及颗粒的平均尺寸越大，则相应地差异也越大;这会影响室〔1〕与室〔2〕之间的热传递介质的流速。

很明显，不超出本发明的范围的其他实施例也是可能的，例如室〔2〕可以是环状的，可以包围室〔1〕，还应指出的是，本发明并未规定在同一平面内或在不同平面内的管子的相互之间的某一相对安排，只要考虑上述距离即可。例如位于不同的平面内的管子可是平行的或在横向上排列或甚至是在相互正交的方向上排列。

Claims (4)

1、一种流化床热交换装置，包括两个并排放置的流化室[1，2]，两个流化室分别具有流化气供给源[5，6]，第一流化室[1]提供了以颗粒形式供给固体的装置[9]，第二流化室经下通口[12]与第一流化室[1]相通，并有用以排放颗粒形式固体的上排放装置[13，14]，且包括热交换管[17]的管束[16]，其特征在于：只要能限定管子间至少其长度的一部分的垂直距离EV，管子的位置是处于水平管子和相对于水平面倾斜直至几乎垂直的管子之间，固体介质的颗粒的平均尺寸为50～3000微米，第二流化室[2]内的流化气的最大速度是固体介质的颗粒的最小流化速度的1.5～10倍，热交换器[17]分开的水平距离(EH)为其外径的1.2～3倍，其垂直距离(EV)为其外径的1.2～3倍。

2、根据权利要求1的热交换装置，其特征在于固体颗粒的尺寸在100～2000微米之间。

3、根据权利要求1的热交换装置，其特征在于颗粒状的固体是沙，其视密度为2.5，其颗粒尺寸为500微米，及流化气的速度被选择在0.45米/秒～0.70米/秒。

4、根据权利要求1的热交换装置，其特征在于水平距离（EH）约为管子外径的1.5倍，及垂直距离（EV）约为管子外径的1.5倍。