CN103100357B - 一种溢流装置以及带有该装置的流化设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于流化设备中的立式溢流装置，所述溢流装置是呈纵长形状的中空管状体，该中空管状体具有上端入口和下端出口，其中：在所述溢流装置的下端出口上方的一段长度上，所述溢流装置的内部横截面大于所述上端入口的内部横截面以及所述下端出口的内部横截面，从而，所述溢流装置的所述一段长度形成内部横截面扩大段。本发明还公开了带有上述溢流装置的流化设备。本发明解决了溢流管造成的上层流化床因溢流管直径较大产生的流化死区问题、因溢流出口气泡波动产生溢流管料封波动而引起的溢流管不工作问题，本发明还提供了在溢流管不工作状态下的解决方案。

Description

一种溢流装置以及带有该装置的流化设备

技术领域

本发明涉及一种溢流装置，特别是用于流化床的溢流装置。本发明还涉及带有所述溢流装置的流化设备，例如多段式流化床。

背景技术

多段式流化床是在流化床内部设置水平分布板和溢流管，沿流化床的轴向建立多个物料颗粒密相区，形成多个独立的相串联的流化床。多段流化床便于建立起浓度和温度梯度，提高用于气相转化的推动力，并且便于根据不同的浓度与温度特性，控制固体物料颗粒的加工特性。流化床内的固体物料颗粒通过溢流管由上一段流化床流至下一层流化床，最终从底部排出。目前，多段式流化床已经广泛应用于炼油催化剂失活后的烧炭再生、煤干馏制备活性炭、烟气脱硫、生物酶催化过程以及矿物干燥等。但目前常用的溢流管为直管型，但这种溢流管容易因为其下端的压力波动导致溢流管内的“料封”不稳，当料封瞬间低于临界料封时很容易造成“节涌”从而使溢流管形成“料栓”而无法正常工作。

术语“料封”是指：溢流管内的物料对于分布板下层向分布板上层吹送的气体的密封作用，该密封作用能够防止“在分布板下层中的气体通过溢流管上行到上层中”，从而避免对流化产生不良影响。

关于术语“料栓”和“节涌”是指：当气泡尺寸与溢流管直径相当时，气泡形成“气栓”，物料形成“料栓”，这种现象称之为“节涌”。

发明内容

为克服或至少缓解上述现有技术中所存在的问题，本发明提供一种用于流化设备中的立式溢流装置，所述溢流装置是呈纵长形状的中空管状体，该中空管状体具有上端入口和下端出口，其中：在所述溢流装置的下端出口上方的一段长度上，所述溢流装置的内部横截面大于所述上端入口的内部横截面，并大于所述下端出口的内部横截面，从而，所述溢流装置的所述一段长度形成内部横截面扩大段。

在本发明的溢流装置的一种实施方式中，所述内部横截面扩大段向所述下端出口方向以连续收缩变细的方式收缩至与所述上端入口的内部横截面相同的横截面，形成所述下端出口。

在本发明的溢流装置的一种实施方式中，在溢流装置上设有用于向所述溢流装置内部空间吹送疏通气体的至少一个通气管。

在本发明的溢流装置的一种实施方式中，在溢流装置上设有用于向所述溢流装置内部空间吹送疏通气体的2至15个通气管，并且所述通气管在与所述溢流装置的连接处的切线方向与所述溢流装置的纵长方向具有≤90度的夹角。

在本发明的溢流装置的一种实施方式中，所述内部横截面扩大段的长度与所述溢流装置的总长度之间的比率为10∶100至90∶100。在本发明的一个实施例中，内部横截面扩大段6的上端点的上限是水平分布板的下表面。

在本发明的溢流装置的一种实施方式中，所述下端出口的内径是所述上端入口的内径的50％至100％。

本发明还提供一种流化设备，所述流化设备包括：具有内部空间的容器，所述容器中设有至少一个水平分布板，所述水平分布板将所述容器的内部空间划分为相互分隔的分布板上侧空间和分布板下侧空间，形成两段式流化设备，其中，所述水平分布板上还设有至少一个连通所述分布板上侧空间和所述分布板下侧空间的溢流装置，所述溢流装置是呈纵长形状的中空管状体，该中空管状体具有上端入口和下端出口，所述上端入口位于所述水平分布板上方的所述分布板上侧空间中，所述下端出口位于所述水平分布板下方的分布板下侧空间中，从而构成了使所述分布板上侧空间和所述分布板下侧空间相互连通的流化通路，并且：在所述溢流装置的下端出口上方的一段长度上，所述溢流装置的内部横截面大于所述上端入口的内部横截面，也大于所述下端出口的内部横截面，从而，所述溢流装置的所述一段长度形成内部横截面扩大段。

在本发明的流化设备的一种实施方式中，所述内部横截面扩大段向所述下端出口方向以连续收缩变细的方式收缩至与所述上端入口的内部横截面相同的横截面，形成所述下端出口。

在本发明的流化设备的一种实施方式中，在溢流装置上设有用于向所述溢流装置内部空间吹送疏通气体的至少一个通气管。

在本发明的流化设备的一种实施方式中，在溢流装置上设有用于向所述溢流装置内部空间吹送疏通气体的2至15个通气管，并且所述通气管在与所述溢流装置的连接处的切线方向与所述溢流装置的纵长方向具有≤90度的夹角。

在本发明的流化设备的一种实施方式中，所述内部横截面扩大段的长度与所述溢流装置的总长度之间的比率为10∶100至90∶100。

在本发明的流化设备的一种实施方式中，所述水平分布板的数量为1至10个，所述溢流装置的数量可以大于或者等于所述水平分布板的数量。也就是说，每个水平分布板上可以设置一个本发明的溢流装置，每个水平分布板上也可以设置两个或两个以上本发明的溢流装置。

在本发明的流化设备的一种实施方式中，本发明的流化设备是至少两段式流化设备。

本发明的流化设备可以用于炼油催化剂失活后的烧炭再生、对煤干馏以制备活性炭、烟气脱硫、生物酶催化过程、或者矿物干燥。

在本发明的流化设备的一种实施方式中，所述下端出口的内径是所述上端入口的内径的50％至100％。本发明的有益效果至少包括如下方面：

1、本发明解决了溢流管直径较大造成的上层流化床产生的流化死区问题。

(a)扩大段的作用：对于内径相同的溢流管出口而言，达到溢流平衡时，带有扩大段的溢流管内的物料高度与不带扩大段的溢流管内的料封高度相同，由于扩大段的存在，相同料封高度下带扩大段使溢流管内的物料量更大，物料波动更小，溢流更稳定。

(b)缩口的作用：缩口可以控制溢流管的流量，缩口直径越小，溢流管内物料流入下段床的流量越小，反之，越大。缩口的内径小于扩大段的内径，也避免了溢流管内的物料流量率过大，从而进一步避免了溢流管料封降低造成溢流管内的物料形成料栓或节涌。

(c)缩口内径小于等于入口内径的有益效果：入口内径比缩口内径大，便于物料更快的进入溢流管中达到平衡，缩口的内径控制了物料的流量速率，达到溢流平衡时，进入入口的物料量与缩口的物料流量相同，使溢流管内的物料快速达到料封高度，减小悬料或节涌的几率。根据流化装置的进料速率，缩口内径可设置为小于或等于入口的内径，优选缩口内径与入口内径的比为50％-100％。

(d)溢流管入口的内径较扩大段的内径小的有益效果：使溢流管的入口内径较扩大段的内径小的好处在于减小了流化死区，使流化设备稳定运行。流化死区主要产生在处于分布板上层空间的溢流管部分的周边区域，尤其是溢流管与流化设备内壁面之间的区域，由于溢流管的存在，上述的流化阻力较大，分布板下测空间的气体不容易从上述区域穿过，容易造成失流化状态。溢流管的内直径越大，其影响上述区域的面积也越大，即流化死区的面积越大。流化死区造成物料在此处长时间滞留而形成非流化状态的结块，逐渐蔓延至全床造成整个流化床结渣而无法运行。

2、本发明解决了因溢流出口气泡波动产生溢流管料封波动而引起的溢流管不工作问题。

3、本发明提供了在溢流管不工作状态下的解决方案。

下面结合附图和实施例，对本发明的细节、上述有益效果以及其它有益效果作更为详细的说明。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的示意图。

具体实施方式

如图1所示，在本发明的一个实施例中，本发明的溢流装置可以安装在内溢流式多段式流化设备中。所述多段式流化设备包括水平分布板1、气化炉炉体2、锥形分布板3、中心管4。

本发明的溢流装置是用于流化设备中的立式溢流装置，所述溢流装置是呈纵长形状的中空管状体，该中空管状体具有上端入口(如附图标记5所示)和下端出口(如附图标记7所示)，其中：在所述溢流装置的下端出口7上方的一段长度上，所述溢流装置的内部横截面大于上端入口5的内部横截面，并大于下端出口7的内部横截面，从而，所述溢流装置的这一段长度形成内部横截面扩大段6。

在本发明的溢流装置的一个实施例中，所述内部横截面扩大段向所述下端出口7方向以连续收缩变细的方式收缩至与所述上端入口5的内部横截面相同的横截面，形成所述下端出口7。

如图1所示，在本发明的溢流装置的一个实施例中，在溢流装置上设有用于向所述溢流装置内部空间吹送疏通气体的至少一个通气管。在本发明的溢流装置的一个实施例中，在溢流装置上设有用于向所述溢流装置内部空间吹送疏通气体的2至15个通气管。并且所述通气管在与所述溢流装置的连接处的切线方向与所述溢流装置的纵长方向具有≤90度的夹角。这些通气管可以采用同一个疏通气源(未示出)，例如，如图1所示，在本发明的一个实施例中，气源通过管路连接至下游的总阀门10，总阀门10通过管路连接至下游的流量计9，流量计9通过多个管路及其相应的阀门连接至所述通气管，这些通气管的出口设置在本发明的溢流装置纵向上的不同高度处。关于通气管的具体数量以及各个通气管的出口在溢流装置纵向上的具体位置，可以根据实际需要而设计和确定。疏通气体可以采用氮气或其它不会影响流化反应的惰性气体。

疏通气体一般采用非活性气体，例如氮气、二氧化碳，以及各种惰性气体。

在本发明的溢流装置的一个实施例中，所述内部横截面扩大段6的长度与所述溢流装置的总长度之间的比率为10∶100至90∶100，该比率可以根据实际需要而确定。在本发明的一个实施例中，内部横截面扩大段6开始于所述溢流装置与所述水平分布板的下表面的连接处，向所述下端出口延伸。

在本发明的溢流装置的一个实施例中，下端出口7的内径是上端入口5的内径的50％至100％。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种流化设备，所述流化设备包括：具有内部空间的容器(如气化炉炉体2)，所述容器中设有至少一个水平分布板1，所述水平分布板1将所述容器(如气化炉炉体2)的内部空间划分为相互分隔的分布板上侧空间和分布板下侧空间，形成两段式流化设备，其中，所述流化设备还设有至少一个连通所述分布板上侧空间和所述分布板下侧空间的立式溢流装置，上端入口5位于所述水平分布板1上方的所述分布板上侧空间中，下端出口7位于所述水平分布板下方的分布板下侧空间中，从而构成了使所述分布板上侧空间和所述分布板下侧空间相互连通的流化通路。

在本发明的流化设备的一个实施例中，所述水平分布板1的数量为1至10个，所述溢流装置的数量可以大于或者等于所述水平分布板1的数量，亦即，每个水平分布板上可以设置至少一个本发明的溢流装置，也就是说，每个水平分布板上可以设置一个本发明的溢流装置，每个水平分布板上也可以设置两个或两个以上本发明的溢流装置。

在本发明的流化设备的一个实施例中，本发明的流化设备是至少两段式流化设备。

本发明的流化设备可以用于炼油催化剂失活后的烧炭再生、对煤干馏以制备活性炭、烟气脱硫、生物酶催化过程、或者矿物干燥。本领域技术人员将能够理解，上述用途并非是穷举的，而仅仅是例示性的。

在本发明的流化设备的一个实施例中，下端出口7的内径是上端入口5的内径的50％至100％。

下面简要介绍本发明的溢流装置及其所在的流化设备的工作原理。

颗粒物料在水平分布板1上流化后，经过溢流装置的上端入口5、扩大段6和呈锥形缩口形式的下端出口7流入下层流化床中。但在下层流化床中床层波动容易引起溢流装置(其通常得具体实施形态为“溢流管”)中的料封波动，当料封高度小于临界料封时，溢流管内气体反窜，造成溢流无法进行。本发明的溢流装置，由于带有横截面扩大段6，可以减小料栓形成的几率，而呈锥形缩口形式的下端出口7与上端入口5的横截面积相同，以减少下层流化空间中进入溢流管内气体的量，避免溢流管内气体反窜，减小料封的波动，减小料栓形成的几率，并且可控制溢流管内的物料流量，使其与进入溢流管内物料的速率一致。

当溢流装置内出现料栓时，由于在溢流装置上连接有一个或多个通气管，操作人员可以打开阀8(图1中仅对一个阀8作出标记)，通过阀10控制流量计9的流量，使得瞬间速度较大的疏通气体气流从通气管进入溢流装置，通过疏通气体气流的冲击，将溢流装置内部的料栓破坏，从而使多段式流化设备能够持续稳定地运行。

在本发明的一个实施例中，上端入口段(溢流堰)的高度(亦即，在水平分布板1上方的溢流装置的高度)为12cm(±1cm)，内部直径为20mm(±5mm)。扩大段6长度为70cm(±4cm)，内径36mm(±3mm)，锥形缩口的锥角为60°(±10°)，缩口下端的内部直径为10mm(±1.5mm)。这些数据及其公差范围都是示意性的，可以根据实际需要加以变化。

本发明能够解决的技术问题至少包括：

1、水平分布板上的溢流管上端直径与现有技术相比显著较小，可以相当程度地避免上段流化死区的出现；

2、通过扩大段和下端缩口，能够稳定溢流管内料封，使料封高度始终大于临界料封高度，从而使得溢流装置能够稳定地运行；

3、当溢流管内出现悬料时，可通过溢流管上的通气管通入疏通气体，以破坏料栓，使溢流管能够继续运行。

Claims (15)

1.一种用于流化设备中的溢流装置，所述溢流装置是呈纵长形状的中空管状体，该中空管状体具有上端入口和下端出口，其特征在于：

在所述溢流装置的下端出口上方的一段长度上，所述溢流装置的内部横截面大于所述上端入口的内部横截面，也大于所述下端出口的内部横截面，从而，所述溢流装置的所述一段长度形成内部横截面扩大段；

其中，在所述溢流装置上设有用于向所述溢流装置内部空间吹送疏通气体的至少一个通气管，并且所述通气管在与所述溢流装置的连接处的切线方向与所述溢流装置的纵长方向具有≤90度的夹角。

2.如权利要求1所述的溢流装置，其特征在于：所述内部横截面扩大段向所述下端出口方向以连续收缩变细的方式收缩至与所述上端入口的内部横截面相同的横截面，形成所述下端出口。

3.如权利要求1或2所述的溢流装置，其特征在于：在所述溢流装置上设有用于向所述溢流装置内部空间吹送疏通气体的2至15个通气管。

4.如权利要求1或2所述的溢流装置，其特征在于：所述内部横截面扩大段的长度与所述溢流装置的总长度之间的比率为10:100至90:100。

5.如权利要求1或2所述的溢流装置，其特征在于：所述下端出口的内径是所述上端入口的内径的40％至100％。

6.如权利要求1或2所述的溢流装置，其特征在于：所述下端出口的内径是所述上端入口的内径的50％至70％。

7.一种流化设备，包括：

具有内部空间的容器，所述容器中设有至少一个水平分布板，所述水平分布板将所述容器的内部空间划分为相互分隔的分布板上侧空间和分布板下侧空间，形成两段式流化设备，

其特征在于，所述水平分布板上设有至少一个连通所述分布板上侧空间和所述分布板下侧空间的溢流装置，所述溢流装置是呈纵长形状的中空管状体，该中空管状体具有上端入口和下端出口，所述上端入口位于所述水平分布板上方的所述分布板上侧空间中，所述下端出口位于所述水平分 布板下方的分布板下侧空间中，从而构成了使所述分布板上侧空间和所述分布板下侧空间相互连通的流化通路，并且：

在所述溢流装置的下端出口上方的一段长度上，所述溢流装置的内部横截面大于所述上端入口的内部横截面，也大于所述下端出口的内部横截面，从而，所述溢流装置的所述一段长度形成内部横截面扩大段；

其中，在所述溢流装置上设有用于向所述溢流装置内部空间吹送疏通气体的至少一个通气管，并且所述通气管在与所述溢流装置的连接处的切线方向与所述溢流装置的纵长方向具有≤90度的夹角。

8.如权利要求7所述的流化设备，其特征在于：所述内部横截面扩大段向所述下端出口方向以连续收缩变细的方式收缩至与所述上端入口的内部横截面相同的横截面，形成所述下端出口。

9.如权利要求7或8所述的流化设备，其特征在于：在所述溢流装置上设有用于向所述溢流装置内部空间吹送疏通气体的2至15个通气管。

10.如权利要求7或8所述的流化设备，其特征在于：所述溢流装置的内部横截面扩大段的长度与所述溢流装置的总长度之间的比率为10:100至90:100。

11.如权利要求10所述的流化设备，其特征在于：所述内部横截面扩大段的长度开始于所述溢流装置与所述水平分布板下表面的连接处，向所述下端出口延伸。

12.如权利要求7或8所述的流化设备，其特征在于：所述水平分布板的数量为1至10个，所述溢流装置的数量大于或者等于所述水平分布板的数量。

13.如权利要求7或8所述的流化设备，其特征在于：所述流化设备是至少两段式流化设备，用于炼油催化剂失活后的烧炭再生、对煤干馏制备活性炭、烟气脱硫、生物酶催化过程、或者矿物干燥。

14.如权利要求7或8所述的流化设备，其特征在于：所述下端出口的内径是所述上端入口的内径的40％至100％。

15.如权利要求7或8所述的流化设备，其特征在于：所述下端出口的内径是所述上端入口的内径的50％至70％。