CN1038593A - 流化床反应器 - Google Patents

Abstract

一种用于对原材料进行热解处理的流化床反应器，它至少用一根套层辐射管加热器16来加热。套层辐射管加热器16包含一个火焰管44，在其热端区58固定有一块促进热传导的金属体，该金属体向包围火焰管的烟道气回流通道中凸出。这种安排可以借助测量技术迅速地检测出，由于放热的加热套33结垢和/或操作事故，导致套层辐射管加热器向流化床释放热量减小而引起的温度升高，因而可以及时采取对策。

Description

本发明涉及热解处理原材料，特别是热解含烃废料用的流化床反应器，这种反应器至少有一个套层辐射管加热器，此加热器伸入热解室和它的火焰管被烟道气回流通道所包围。

在这种类型的一种已知流化床反应器中，排列着一些套层辐射管加热器，这些加热器用气体点火并且用于加热流化床（“Chem.Ing.Tech.”55，№1，56-57页，1983年，提要1059）。由于套层辐射管加热器的加热套层与废料和热解添加物料互相接触，使它在操作期间很快结垢，并因此造成过热和损坏，由于存在这些危险，故必须对温度加以监测。操作事故也能引起过热现象。在这种情况下，应尽快地检测出温度变化，尤其是要尽快测出套层辐射管加热器温度的升高，以便在必要时有可能采取对策，例如减小或切断向受影响的套层辐射管加热器的燃料供给。

因此，本发明目的在于阐明在开头介绍那种类型的流化床反应器，这种反应器的操作稳定性和安全性可通过迅速和及时地监测套层辐射管加热器的温度而得以改善。而且，为实现此目的所需的手段也是既简单而又是低成本的。

在本文开头所述类型的流化床反应器中，按照本发明，通过把至少一对热电偶的测量作用点放在这样一个金属体上的方法来达到本发明目的，所说的金属体与火焰管的直径相比是小的，而且为了便于热传导，将该金属体固定在火焰管之热端区的外侧，并且向回流通道中凸出。

因此，把热电偶的测量作用点置于一小块金属体中，而此金属体固定在火焰管的最热区域上并且向回流通道中凸出。所以，所说的热电偶不仅可检测经受极高热应力之火焰管的温度变化，尤其是它的温度增高，而且还可检测在回流通道中流动的烟道气温度的变化。如果形成回流通道并包围火焰管的加热套层产生结垢，则套层释放到流化床中的热量就会减少，这将导致加热套层的温度增高，因而使烟道气和火焰管温度增高。这两种温度增高同时被按本发明安装的热电偶迅速地检测到，因此可以及早采取对策，以免套层辐射管加热器受损。

最好在火焰管最热区域中排放多对热电偶，尤其是沿周边分布，以便在大面积上检测温度的升高。

在本发明的一种优选实施方案中，在金属体和火焰管之间插入一个金属垫片，此垫片可同时与火焰管的外形和金属体的外形相配合。这样一来，便于在火焰管上固定所说的金属体，而且通过改变所说垫片厚度可以改变金属体凸出到回流通道中的距离大小，因而改变其遭遇到的烟道气多少，所以可以改变烟道气温度对温度测量的影响大小。按照这种方法，可以权衡两种温度（即火焰管温度和烟道气温度）对金属体的影响程度。

为了能够快速跟随温度变化，金属体的质量相对于其表面积来说最好较小。如果垫片质量相对于垫片与火焰管间的接触表面积以及相对于垫片与金属体间的接触表面积来说也较小，则垫片能很快地跟随火焰管的温度变化，并将这种变化传递给金属体。

一种有利的方案是：金属体形状近似长方体，其纵向轴近似地沿火焰管的纵轴方向延伸，而且热电偶的测量作用点放置在金属体的纵向孔道之中。

在本发明的另一种优选方案中，纵向孔道被处于离套层辐射管加热器顶较远一端的底封死，而且把热电偶金属丝的接点焊入所说底的纵向孔中。这样一来，热电偶金属丝的测量作用点免除了烟道气气氛的侵蚀，同时保证了金属体与接点之间的良好接触。

为了防止热电偶受沿套层辐射管加热器长度方向上温度变化的影响，最好使热电偶沿火焰管从金属体向火焰管的冷端以弯曲状或波状方式延伸，并且在套层辐射管加热器顶处以密封方式通向外部空间。

本发明的其它优点和特点，可以从下列说明性实施例的描述并结合示意图来看出，其中：

附图1是表示本发明流化床反应器的中心纵截面视图，

附图2是所说流化床反应器的套层辐射管加热器沿中心纵截面放大细部的水平视图，

附图3是图2中Ⅲ的放大细部视图，

附图4是图3沿Ⅳ-Ⅳ线的截面视图，但在此截面后面设置的零件未示出，

附图5是图3Ⅴ区沿垂直截面的放大视图，

附图6是从图2的方向Ⅵ观察到的带有金属体的火焰管部分的放大视图。

附图1中示出的立式流化床反应器具有一个圆柱形的上部部件10，此部件与向下锥形的下部部件12连接。所说的上部部件在其顶部由一个盖14密封，在此盖上按一定方式垂直固定有多支直形套层辐射管加热器16，使所说的套层辐射管加热器的顶18处于热解反应器外部，但其释热区域则伸到热解室20之中。套层辐射管加热器在其中大致地伸展到上部部件10与下部部件12的接合处。套层辐射管加热器在整个热解室20的横截面上均匀地排列，并浸入在热解室20内形成的流化床22中。

操作时，通过流化气体管道24把流化气体通入热解室的流化物料中（这些流化物料事前已放入热解室20而且最好是细粒砂），使砂子流态化并形成流化床22。借助于由箭头26指出的适当传送装置把需热分解的废料送入流化床22的下部区域。通过一个管道28从热解室上端部区域排放热分解后产生的热解气体并作进一步处理，而通过处于热解室下端的排料支管30排放热解残余物。

这种类型流化床的反应器在德国公开说明书第3，523，653号之中有较详细的说明。

套层辐射管加热器16用气体点火，把流化床加热到所需的工作温度（400～900℃）。为此，通过处于套层辐射管加热器顶18处的支管32供给燃料气体，通过支管34供给助燃用空气，而废气从支管36放掉。例如在德国展出说明书第1，811，155号中公开了这种类型的套层辐射管加热器，其特征在于高热量输出，在本发明情况下被用于间接加热流化床22。

图2给出的是一种套层辐射管加热器16沿中心垂直截面水平表示的、相对于图1放大后的细部视图。所说的套层辐射管加热器16，有一个直的圆筒形金属加热外套33，其一端穿过流化床反应器的盖14进入外部空间35中，还有一个套层辐射管加热器的顶18构件。加热套33通过一个环形法兰盘40被气密地固定在盖14外侧。加热套33的大部分伸入热解室20中，并且利用一个适当金属板42在加热套端部（处于此图左部）封成气密性的。直圆筒形火焰管44同轴地安装在加热套中，其热端（处于此图左部）终止在盖板42之前一定距离处，构成一个烟道气逆行室46。适当选择金属火焰管外径，使得火焰管44和加热套33之间形成一种具有适当截面的圆环柱形烟道气回流通道48。火焰管44的端部（处于此图右部）伸到加热套33之外，并且用一块环孔形圆盘50把加热套的这一端与火焰管44间的环形间隙封成气密性。

终端在火焰管热端区58（此图左部）前一定距离的喷嘴管54沿火焰管纵轴52延伸。在火焰管另一端（处于此图右部），所说的喷嘴管通过密封板60伸出到外部空间，形成一个燃料气进气支管32，燃料气通过该支管输送到处于所说喷嘴管左端的燃烧器喷嘴64。

所说的助燃空气进气支管34，在套层辐射管加热器的顶部18处在火焰管44上按径向排列。在套层辐射管加热器顶部，通过固定在加热套33上的径向支管36可以排放废气。

其中装有热电偶68测量作用点的金属体66，放在热端区内火焰管44的外侧，热电偶68在图2中用虚线表示。热电偶沿火焰管44外侧延伸到套层辐射管加热器的顶部18处，并在该处按径向以气密方式伸出外部空间35。金属体66与火焰管端（处于此图左部）之间的距离为火焰管直径的0.5～2倍。

在图3-5中，给出了金属体66的结构和排列细节。可以看出，金属体66的形状近似为长方形，其长轴近似地沿火焰管纵轴52的方向延伸。金属体长度近似等于火焰管44壁厚的5-10倍，而且金属体的宽度和厚度近似等于火焰管44壁厚的1.5～4倍。在金属体66和火焰管44之间插入一个金属垫片74。此垫片在火焰管纵轴52的方向上的厚度小于金属体66的长度，而且垫片74的主方向处于火焰管44的切线方向上。垫片74在此处有一个凹进部分，这一形状使之能够紧贴在火焰管外壁上，而且垫片的另一侧与金属体66具有良好的接触，从图3和4无需进一步说明就能清楚地看出这种情况。

垫片74的切向长度大约为金属体66在切向上宽度的1.5～3倍。借助于图4所示的螺钉76把金属体66与垫片74一起方便地固定在火焰管上，最好将它们互相焊接起来。

从图3～5可以看出，金属体66中有一个靠近其中心沿火焰管纵轴52方向延伸的纵向孔道78，最好是从套层辐射管加热器顶端的方向钻入金属体66的一种孔道。

具有两根置于一个圆形耐火材料电绝缘管82中之金属丝80的热电偶，终止在所说的纵向孔道78内。而此纵向孔道78内部的宽度和绝缘管82的外形在此处按一定方式互相配合，使热电偶68气密性地嵌入所说的纵向孔道78之中。在这种情况下，热电偶最好由热电对NiCr-Ni或PtRh-Pt组成，而且热电金属丝的直径最好约为0.5～1.0mm。

附图5中放大显示出金属体66的左端区域。可以看出，热电偶68绝缘地终止在金属体66底部84之前的一个小距离处。热金属丝80沿轴向从绝缘管82中引出由焊接点86互相连接起来，而此焊接点86形成真实的温度敏感元件。

所说的焊接点86与纵向孔道78近似同轴地插入底部84的一个纵向孔88中，而此纵向孔88却穿过底部84。所说纵向孔88的内部宽度按这样方式加以选择，使之能刚好容纳所说的焊接点86。其内部宽度通常大约为所说纵向孔道78内部宽度的0.3～0.5倍。把焊接点86沿轴向放在底部84的中部区域内。为了把此焊接点固定和很好地连在金属体的底部84，使之具有良好导热性能，用焊料90，最好采用气密焊接法填满纵向孔88左端的剩余空间，图5清楚地表明了这一点。

图6说明，热电偶68敷设在火焰管44的外侧。可以看出，热电偶68以波形或弯曲形途径从金属体66延伸到套层辐射管加热器的顶部18。其波长为10-30cm，波幅为3～8cm。借助于均匀地分布排列并以适当方式固定在火焰管44上的一些夹子92，把热电偶68固定在火焰管44的外侧。热电偶在顶部18于密封点70处按径向朝外伸出，穿过加热套33后伸向一个温度比较点和一些适当的温度指示和/或监测仪表。所说的监测仪表通过燃料气体供给量的变化来影响套层辐射管加热器的热输量变化，这一点在图中未示出。按照适当方式，特别是利用密封垫把热电偶穿过加热套33的地方密封起来。

操作时，燃料气体通过喷管32流到喷嘴64，然后进入火焰管44。接着，燃料气体靠通过支管34引入燃烧管的空气帮助而燃烧。这样产生的烟道气进入逆行室46，在这里转向后经过回流通道48流到支管36，由此排出烟道气体。

加热套33被在逆行室46和回流通道中流动的烟道气所加热，而加热套33用于把流化床20加热到400～1000℃。由于燃料气体在火焰管44中燃烧，所以火焰管被强烈加热，尤其是靠近逆行室46的火焰管区域被加热得尤甚。因此，把此区域称为热端区58。由于火焰管44处于高温下，所以它以辐射方式向加热套33释放热量，因此加热套同时被烟道气释放的对流热量和由火焰管44释放的辐射热量所加热。

既然金属体66向回流通道48中凸出，所以，一方面，它被在该处流动的烟道气体所加热。而且，另一方面，金属体66还被火焰管44，尤其是既被火焰管以辐射热的方式，而且又主要是以热传导方式经由垫片74被加热。因此，在焊接点86处由热电偶所检测到的温度同时取决于回流通道48中的烟道气温度和火焰管44的温度。所以，这些温度中即使一种温度发生变化，特别是温度升高，均导致金属体66的温度发生相应的迅速变化，并且被热电偶68检测出来。

垫片74的厚度（沿火焰管纵轴52方向）、垫片与火焰管44间的接触面积、垫片在火焰管径向上的高度，都能影响以传导和对流方式向金属体66供给的热量：如果把金属体66放置成按径向朝回流通道中凸起较高，则以对流方式由烟道气转移的热量就迅速增加，而由于垫片74的径向高度较大，它就使得以热传导方式供热变得较为困难。但是，如果垫片74在火焰管径向上的高度较小，从而使金属体66向回流通道中凸起的高度小于上述情况下的高度，则提供出相反的条件：即从烟道气向金属体66转移的热量较小，而以传导方式供给的热量增加。因此，通过相应的设计可以使烟道气温度和火焰管温度对金属体的影响符合于所给定的具体条件。垫片在其最窄处的厚度，最好为火焰管44壁厚的大约0.5～2倍。

如果操作中，例如因废料使得加热套33外侧结垢，则加热套释放的热量减小，结果当供给的燃料量不变时，就会使加热套33的温度提高并因而使烟道气和火焰管44的温度提高到不能允许的数值。这种情况也可以发生在套层辐射管加热器和/或流化床出现操作事故的情况下。由于这种温度升高会损坏套层辐射管加热器，所以必须迅速检测到这种操作状态。其测量作用点放在金属体66中的热电偶就是为此目的而设置的。根据上述理由，由于金属体66的温度很快地跟随火焰管和烟道气的温度而变化，因而利用热电偶68可以很快地检测到套层辐射管加热器的和主要是加热套33的有害操作状态，尤其是其温度升高到不适当数值的状态，所以一旦温度升高，就自动及时地触发一个信号和/或自动地开始控制干扰，例如限制或停止燃料气供给。

因此，本发明的设备以简单和经济的方式提高了在流化床反应器中使用的套层辐射管加热器的操作稳定性和安全性。

Claims (8)

1、热解处理原料，特别是处理含烃废料用的流化床反应器，该反应器至少有一根伸入热解室20中的套层辐射管加热器16，加热器的火焰管44被烟道气回流通道48所包围，其特征在于，至少一对热电偶68的测量作用点装在一块金属体66上，所说的金属体与火焰管的直径相比是小的，并且被固定在火焰管44热端区58的外侧以利于热传导，并且该金属体向回流通道48中凸出。

2、根据权利要求1的流化床反应器，其特征在于在金属体66和火焰管44之间插入一个金属垫片74，所说的垫片74与火焰管44的外形和金属体66的外形相配合。

3、根据权利要求1或2的流化床反应器，其特征在于所说金属体66的质量相对于其表面积来说较小。

4、根据权利要求2或3的流化床反应器，其特征在于所说的垫片74的质量，一方面相对于垫片74和火焰管44之间的接触面积来说较小，另一方面相对于垫片74和金属体66之间的接触面积来说也较小。

5、根据权利要求1-4中至少一项的流化床反应器，其特征在于所说的金属体66的形状近似为长方体，其纵轴72近似地在火焰管纵轴52的方向上延伸，而且热电偶68的测量作用点装在金属体66的纵向孔道78之中。

6、根据权利要求5的流化床反应器，其特征在于所说的纵向孔道78，在它离套层辐射管加热器顶18较远的一端被底部84封死，而且把热电偶金属丝80的结合处（焊接点86）焊在底部84的纵向孔88之中。

7、根据权利要求1-6中至少一项的流化床反应器，其特征在于有多对热电偶安装在火焰管最热区域内，尤其是以环绕火焰管的周边分布安装为佳。

8、根据权利要求1-7中至少一项的流化床反应器，其特征在于所说的热电偶68以弯曲状或波状从金属体66向火焰管44的冷端延伸，并且在套层辐射管加热器顶部18处以密封的方式伸出到外部空间。

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