CN103285786B - 一种可视化高温流化床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可视化高温流化床，在流化床上开设有可视化窗口，所述可视化窗口上覆罩有耐高温石英玻璃并由耐高温密封垫片密封。所述可视化窗口外安装防辐射罩，所述防辐射罩外部安装抗红外线玻璃，透过抗红外线玻璃和耐高温石英玻璃观察床内的流化及反应现象。本发明首次提出了在高温运行状态下，观察气固流动特性的流化床实验装置。所涉及的可视化高温流化床，其运行床温可达850℃以上，通过在高温流化床上开设可视化窗口，用CCD高速摄像机、照相机或肉眼直观拍摄或观察流化床内的流化反应现象，有利于流化床气固流动及反应机理研究；同时采用密封及防辐射措施，确保流化床安全运行并最大限度地降低可视化窗口可能引起的热损失。

Description

一种可视化高温流化床

技术领域

本发明涉及一种可视化高温流化床，尤其适用于高温条件下流化及反应现象的直接观察。

背景技术

气固流化床具有非常高的传热和传质速率，在石油化工、能源、食品及药品加工等领域得到广泛应用。在流化床工艺过程中，包括流化形态、单颗粒及颗粒群的流动行为、气泡的运动及物料的絮团等流化动态特征的获取对流化床的设计、运行及机理研究起关键作用。通过对床内流化动态及反应现象的直接观察及拍摄后图像的处理，能够得到床内流化形态，单颗粒及颗粒群运动轨迹，气泡产生、生长及破裂过程，絮团现象的产生及团簇的运动形态和床内反应现象等的直观动态图像。这些直观动态图像对研究气固流化床的流动、传热、传质及床内反应特性有着相当重要的意义。因此，流化及反应过程的可视化成为流化床实验中十分重要的一种研究手段。

目前，冷态流化床试验台的可视化主要借助有机玻璃实现，整个床体或床体的一部分可以由有机玻璃搭建，实现床内流动形态的直接观测。而对于热态流化床，由于床温超过了有机玻璃的耐受温度，流化床本体一般采用耐热钢制作或采用“耐火层+保温层+钢制外壳”结构。由于钢铁及耐火、保温材料不透明，无法实现直接可视化观测及拍摄，目前尚未有专用的可视化高温流化床实验台。因大部分流化床工艺都是在高温条件下进行，且高温条件下的流态化及反应行为和低温条件下不尽相同，因此，解决高温条件下的流化床可视性对流化床技术的研究尤为关键。

发明内容

发明目的：为了克服上述技术问题，本发明提供一种可视化高温流化床，实现高温条件下流化床内流态化过程可视，同时采取措施控制可视化窗口可能引起的热损失，并解决可视化窗口的密封问题。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种可视化高温流化床，在流化床本体上开设有可视化窗口，所述可视化窗口上覆罩有耐高温石英玻璃，所述耐高温石英玻璃两面的周侧分别设置耐高温密封垫片，所述耐高温石英玻璃外侧安装有矩形环状密封盖，通过螺钉压紧矩形环状密封盖将所述耐高温石英玻璃固定在流化床本体上，所述可视化窗口外侧安装防辐射罩，所述防辐射罩22内表面涂有黑色涂层，所述防辐射罩外安装有抗红外线玻璃。

高温流化床运行时，床内温度达到850℃以上，在上述结构中，选用的耐高温石英玻璃，其熔点（至少1000℃）高于流化床内温度，不会因流化床内的高温而融化，适于用作流化床的观察窗口。通过螺钉将矩形环状密封盖压紧进行固定，结构简单，安装方便，松紧易调，密封的同时缓冲耐高温石英玻璃承受的安装应力及热应力，对其具有保护作用。通过布置防辐射罩能够减小可视化窗口对外辐射角系数，减少透过可视化窗口的热辐射损失，在防辐射罩内表面涂黑色涂层，可减少流化床内的热辐射通过防辐射罩反射散入外部的热量；因红外辐射占热辐射中很大一部分，故在防辐射罩外安装抗红外玻璃可进一步减少可视化窗口的辐射散热。

优选的，所述耐高温密封垫片材料为耐热合金钢和陶瓷纤维的复合材料。耐受温度在1000℃以上，不会因床内的高温而丧失密封性能，同时其适中的柔软度对耐高温石英玻璃具有保护作用。

优选的，所述防辐射罩的长度是所述观察窗当量直径的3倍以上。减小可视化窗口对外热辐射角系数。

优选的，所述防辐射罩横截面内框形状尺寸与所述可视化窗口形状尺寸相同。在防辐射的同时保证不阻挡可视化窗口的范围。

基于防辐射罩的进一步设计，所述防辐射罩外部安装抗红外线玻璃，优选的，所述抗红外玻璃为绿光玻璃，在保证透明度的同时，又能够减弱红外线透射，进一步降低可视化窗口对外的红外透射散热。

进一步的，在流化床本体外围包裹保温棉，所述保温棉通过保温棉外壳固定。减少流化床本体的热量散失。

优选的，所述的保温棉外壳和保温棉上均设有和防辐射罩外框形状尺寸相匹配的开口。使保温棉尽可能多的包裹在流化床外侧，起到保温作用，而又不影响观察范围。

优选的，在床体内可布置测温点、测压点、取样枪等，对床内温度、压力及气氛有全面了解。

进一步的，在所述流化床外设有温控系统和床体电加热器，通过温控系统设定流化床内反应温度，当床内反应温度未达到设定温度时，则所述床体电加热器持续对床体进行加热直到床内温度达到预先设定的值。高温流化床的反应温度通常在850℃以上。

有益效果：本发明涉及的可视化高温流化床，首次提出了在高温运行状态下，观察气固流动特性的流化床实验装置，即通过在在高温流化床本体上开设可视化窗口，并采用耐高温石英玻璃和耐高温密封垫片进行密封，实现针对流化床内的流化反应现象的直观拍摄或观察，有利于流化床气固流动及反应机理研究；同时采用密封及防辐射措施，确保流化床安全运行并有效控制可视化窗口可能引起的热损失，提高研究结果的准确性。整个装置构造简单、成本低廉、研究成果真实可靠。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A向剖视图。

图中主要附图标记含义为：

流化床本体0、保温棉外壳1、床体电加热器2、保温棉3、CCD高速摄像机4、在线气体分析仪5、计算机6、温控系统7、数据采集器8、温度变换器9、热电偶10、排气管11、耐高温石英玻璃12、取样枪13、螺钉14、矩形环状密封盖15、空预器16、混气器17、进气管18、耐高温密封垫片a19、耐高温密封垫片b20、抗红外线玻璃21、防辐射罩22、风帽23、布风板24、进气管25、排渣管26、排渣阀27。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

采用图1和图2所示的装置实现对于流化床床料在高温状态下的流化形态的观测。

针对观测床料在高温状态下的流化形态的可视化高温流化床，包括流化床本体0、保温棉外壳1、床体电加热器2、保温棉3、CCD高速摄像机4、在线气体分析仪5、计算机6、温控系统7、数据采集器8、温度变换器9、热电偶10、排气管11、耐高温石英玻璃12、取样枪13、螺钉14、环形密封盖15、空预器16、混气器17、进气管18、耐高温密封垫片a19、耐高温密封垫片b20、抗红外线玻璃21、防辐射罩22。其中耐高温石英玻璃12采用上海浦亚石英玻璃厂生产的高纯硅质矿物质玻璃，其在高温环境下依旧可以保持着玻璃原有的通透性及透明度。耐高温石英玻璃12熔点（1000℃）高于流化床内温度（850℃），适宜做可视化窗口。耐高温密封垫片19、20由无锡市巨龙石化机械厂生产，材料为耐热合金钢和陶瓷纤维的复合材料，耐受温度达1000℃，密封效果好，其适中的柔软度能够缓冲耐高温石英玻璃12承受的安装应力及热应力。

安装本发明所述的可视化高温流化床时，首先根据实验所需在流化床本体开设可视化窗口，按窗口大小裁制耐高温石英玻璃12、耐高温密封垫片a19和耐高温密封垫片b20及矩形环状密封盖15，用螺钉14压紧矩形环状密封盖15，将耐高温石英玻璃12固定在两垫片之间，并紧压在流化床本体上开设的窗口内，达到密封的效果。可视化窗口外侧安装防辐射罩22，防辐射罩22长度是观察窗当量直径的3倍，减小可视化窗口对外热辐射角系数。防辐射罩22内表面涂黑色，减少流化床内热辐射通过其反射散入外部的热量；防辐射罩22横截面内框形状尺寸与所述可视化窗口形状尺寸相同，在防辐射的同时保证不阻挡可视化窗口的范围。防辐射罩22外端安装抗红外线玻璃21，该玻璃选用绿光玻璃，既保证透明度，又减弱红外线透射，进一步降低窗口对外红外透射散热。在流化床本体0及紧贴的床体电加热2外围包裹保温棉3，所述保温棉3通过保温棉外壳1固定，保温棉3和保温棉外壳1上开设与防辐射罩22外框形状尺寸相匹配的开口，最大限度地降低床体对外散热而不影响可视化窗口的可观测范围，保温性能好。

实验时在床内加入床料及反应颗粒，并连接好进气设备，气体经进气管18进入混气器17进行混合配置进气成分，进而由空预器16加热到指定温度进入床内流化，流化床外有电加热，提供高温反应条件，通过温控系统7设定床内反应温度，高温流化床的反应温度通常在850℃以上，当床内温度未达到设定值时，床体电加热器2持续对床体进行加热直至达到设定温度，反应结束后气体由排气管11排出。利用CCD高速摄像机透过耐高温石英玻璃拍摄床内的流化及反应过程。在床体内依据测温点需要布置热电偶10，因热电偶测温范围宽，丈量精度高，热响应时间快，与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，故用其测量流化床内温度，经温度变换器9和数据采集器8将温度实时录入计算机6。取样枪13布置在床体测点以采集气体送入在线气体分析仪5用于分析床内气氛。还可根据需要在床体内布置测压点探测床内气压。

通过对计算机记录的床体测点实时温度、在线气体分析仪测得的床内气氛数据及CCD高速摄像机拍摄的流化反应现象分析，得到反应颗粒在高温流化床中的传热、反应及流化特性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可视化高温流化床，其特征在于：在流化床本体（0）上开设有可视化窗口，所述可视化窗口上覆罩有耐高温石英玻璃（12），所述耐高温石英玻璃（12）两面的周侧分别设置耐高温密封垫片（19、20），所述耐高温石英玻璃（12）外侧安装有矩形环状密封盖（15），通过螺钉（14）压紧矩形环状密封盖（15）将所述耐高温石英玻璃（12）固定在流化床本体（0）上，所述可视化窗口外侧安装有防辐射罩（22），所述防辐射罩（22）内表面涂有黑色涂层，所述防辐射罩（22）外端安装有抗红外线玻璃（21）。

2.根据权利要求1所述的一种可视化高温流化床，其特征在于：所述耐高温密封垫片（19、20）的材料为耐热合金钢和陶瓷纤维的复合材料。

3.根据权利要求1所述的一种可视化高温流化床，其特征在于：所述防辐射罩（22）的长度是所述可视化窗口当量直径的3倍以上。

4.根据权利要求1所述的一种可视化高温流化床，其特征在于：所述防辐射罩（22）横截面内框形状尺寸与所述可视化窗口形状尺寸相同。

5.根据权利要求1所述的一种可视化高温流化床，其特征在于：所述抗红外线玻璃（21）为绿光玻璃。

6.根据权利要求1所述的一种可视化高温流化床，其特征在于：在流化床本体（0）外围包裹保温棉（3），所述保温棉（3）通过保温棉外壳（1）固定。

7.根据权利要求6所述的一种可视化高温流化床，其特征在于：所述的保温棉外壳（1）和保温棉（3）上均设有和防辐射罩（22）外框形状尺寸相匹配的开口。

8.根据权利要求1所述的一种可视化高温流化床，其特征在于：在流化床本体（0）内布置测温点、测压点、取样枪（13）。

9.根据权利要求1所述的一种可视化高温流化床，其特征在于：在所述流化床外设有温控系统（7）和床体电加热器（2），通过所述温控系统（7）设定流化床内反应温度，当床内反应温度未达到设定温度时，则所述床体电加热器（2）持续对床体进行加热直到床内温度达到预先设定的值。