CN104667835B - 流态化物料循环回路以及流态化物料循环方法 - Google Patents

Abstract

一种流态化物料循环回路，包括依次连接的主床、气固分离器、副床，其中，主床上部与气固分离器入口相通，气固分离器的固体出口与副床相通，主床与副床相通，且主床和副床的气体分别引出，其中：主床和副床内载有固体颗粒、且底部分别通入主床流化气体和副床流化气体，所述主床下部床层内的固体颗粒处于鼓泡床或湍流床状态，所述副床内的固体颗粒处于鼓泡床或湍流床状态；且所述主床下部床层与所述副床在主床床面和副床床面以下直接相通。

Description

流态化物料循环回路以及流态化物料循环方法

技术领域

本发明属于流态化技术领域，尤其涉及流态化物料循环回路以及流态化物料循环方法。

背景技术

现有技术已有流态化的主床与副床共同构成的物料循环回路，通过主床提升物料(有时主床内还发生反应，包括燃烧、气化等)，再将物料送入副床，参与反应或者传热传质过程等，副床的部分物料再回到主床。通常需要控制副床中物料的停留时间，以便控制反应或传热传质过程的时间。

最常用的循环流化床物料回路如图1所示由提升管1、分离器2、返料器3构成，提升管底部通入一次风，返料器底部通入返料风。在循环流化床锅炉中，提升管上通常还设有二次风口，用于在二次风口以下形成还原性气氛、而在二次风口以上使燃料在更多氧气存在的条件下获得更充分的燃烧。其中，提升管中的床层，在二次风口以下处于鼓泡床或湍流床状态，在二次风口以上处于快速床状态。通常，返料器的下降段31为移动床、上升段32为鼓泡床。返料器上升段32的物料通过溢流方式从返料管33流回提升管1，返料器的流化气体也一起流回提升管1。这种方式决定了返料器上升段32中的料位高度是由返料管33在上升段32上的开口位置(溢流口高度)决定的。因此现有技术中有将返料器的上升段扩大化作为反应器使用，物料在上升段中的停留时间仅依赖于整个回路的总循环量决定的返料流率。但是，许多反应或过程中，并不希望提升管的气体与返料器的气体发生掺混。

中国专利ZL200710120053.7“一种低速床热解方法”公开了一种循环回路，如图2所示，主床3为循环流化床，副床1为鼓泡床，二者通过副床底部的气动返料装置2相连，副床上设有气体出口12，单独引出副床气体。这种循环回路可以通过副床底部的气动返料装置2控制副床的料位高度和物料在副床中的停留时间，但控制副床床层高度(料位)的难度很大：副床料位如果过低，物料停留时间短、反应进行不完全，甚至可能发生副床物料排空；而料位如果过高，则可能导致其底部的气动返料装置失效、自流，导致大量物料在短时间内涌入主床，致使主床严重偏离设计运行工况。且当副床内粗颗粒较多时，其底部的气动返料装置设计难度较大、返料困难，影响系统运行的稳定性和可靠性。而副床底部如果设置机械式返料装置，又存在高温下的磨损和卡塞问题。

发明内容

本发明的且的是克服现有技术的副床物料的料位高度难以可靠控制的缺陷，提供一种流态化物料循环回路，利用该物料循环回路，副床料位可控。

本发明提供了一种流态化物料循环回路，包括依次连接的主床、气固分离器、副床，其中，主床上部与气固分离器入口相通，气固分离器的固体出口与副床相通，主床与副床相通，且主床和副床的气体分别引出，其中：主床和副床内载有固体颗粒、且底部分别通入主床流化气体和副床流化气体，所述主床下部床层内的固体颗粒处于鼓泡床或湍流床状态，所述副床内的固体颗粒处于鼓泡床或湍流床状态；且所述主床下部床层与所述副床在主床床面和副床床面以下直接相通。

可选地，所述主床与所述副床彼此相邻且共用一个侧壁；所述侧壁上设置有至少一个开口，所述至少一个开口位于主床床面和副床床面以下，所述主床下部床层与所述副床通过所述至少一个开口彼此直接相通。

可选地，所述主床下部床层与所述副床通过至少一个管道彼此直接相通，在高度方向上，所述管道与主床下部床层的连通口位于主床床面的下方，所述管道与副床的连通口位于副床床面的下方。

可选地，通入主床的主床流化气体仅从主床底部通入，且主床中部和上部的横截面积小于主床下部床层的横截面积使得主床下部床层的流化风速低于噎塞速度、主床中部和上部的流化风速大于噎塞速度。

可选地，主床底部通入主床流化气体，使主床下部床层的流化风速低于噎塞速度，同时还从主床中部的提升气体通入口通入提升气体，使主床中部和上部的流化速度高于噎塞速度。进一步地，所述提升气体通入口设置成多层，所述提升气体适于从选择的提升气体通入口层进入主床。

可选地，所述气固分离器的固体出口位于副床床面以下。进一步地，所述气固分离器的下料腿直接延伸到副床的床层中，从而构成气固分离器的固体出口的下料腿口位于副床床面以下。或者可选地，所述气固分离器的下料腿位于副床外部，副床的外壁形成有一个在副床床面下方且与构成气固分离器的固体出口的下料腿口相通的开口。

可选地，所述流态化物料循环回路还包括：返料器，设置在所述气固分离器的固体出口与副床之间，所述返料器用于防止副床气体进入气固分离器。

本发明也涉及一种流态化物料循环方法，包括以下步骤：提供依次连接的主床、气固分离器、副床，其中，主床上部与气固分离器入口相通，气固分离器的固体出口与副床相通，所述主床下部床层与所述副床直接相通；向主床内提供固体颗粒以及从主床底部供给主床流化气体，使得所述主床下部床层内的固体颗粒处于鼓泡床或湍流床状态，所述主床的中部和上部形成快速床或进入气力输送状态，使得固体颗粒随主床流化气体进入气固分离器，然后从气固分离器的固体出口进入副床；从副床底部向副床内提供副床流化气体、并从副床上部引出副床流化气体，使得从气固分离器进入副床内的固体颗粒处于鼓泡床或湍流床状态，副床内处于鼓泡床或湍流床状态的固体颗粒在副床床面以下直接流入到主床下部床层中。

可选地，上述方法还包括步骤：通过调节主床床面的高度来调节副床床面的高度。进一步可选地，所述主床底部通入主床流化气体，使主床下部床层的流化风速低于噎塞速度，同时还从主床中部的提升气体通入口通入提升气体，使主床中部和上部的流化速度高于噎塞速度，所述提升气体通入口设置成多层，所述“通过调节主床床面的高度来调节副床床面的高度”的步骤包括：从位于选择的高度的提升气体通入口层提供主床流化气体进入主床，以调节主床床面的高度。

附图说明

图1是现有技术中常用的循环流化床物料回路的结构示意图；

图2是现有技术中主床+副床组成的物料循环回路的结构示意图；

图3是根据本发明的一个示例性实施例的物料循环回路的结构示意图；

图4是根据本发明的另一个示例性实施例的物料循环回路的结构示意图；

图5根据本发明的再一个示例性实施例的物料循环回路的结构示意图。

附图标记：

1-主床 2-气固分离器 3-副床

A-主床流化气体 B-副床流化气体 T-主床提升气体

C-从主床引出的气体 D-从副床引出的气体

E-从副床加料口加入的物料 F-从副床排料口排出的物料

G-从主床排料口排出的物料 J-从主床加料口加入的物料

具体实施方式

下面详细描述本发明的实例性的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。下面参考附图描述的实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明的流态化物料循环回路，主要包括依次连接的主床、气固分离器、副床，其中，主床上部与气固分离器入口相通，气固分离器的固体出口与副床相通，主床与副床相通，主床和副床内载有固体颗粒、且底部均通入流化气体，其中：

a)所述主床下部的固体颗粒处于鼓泡床或湍流床状态；主床中部和上部的固体颗粒处于快速床或气力输送状态。

可选的使主床中部和上部的固体颗粒处于快速床或气力输送状态的方式有两种：

一是仅从主床底部通入流化气体，主床中部和上部截面积小于主床下部截面积，从而使主床下部流化风速低于噎塞速度、主床中部和上部流化风速大于噎塞速度；

二是主床底部通入流化气体，使主床下部流化风速低于噎塞速度，同时还从主床中部通入提升气体，使主床中部和上部的流化速度高于噎塞速度。从主床中部通入提升气体时，可以设置多层通入点，通过选择不同的通入点，来调节主床下部湍流床的床层高度(因为通入提升气体后，位于湍流床床层上层的颗粒将被吹走，因此湍流床床层高度即为提升气体通入点距布风板的高度)。

b)所述副床内的固体颗粒处于鼓泡床或湍流床状态。

c)所述主床与副床相通，为二者在低于主床下部床面和副床床面处相通，从而形成连通器。

当主床与副床共用同一侧壁时，二者通过共用侧壁上的孔口直接相通；当主床与副床为无共用侧壁的独立腔体时，二者通过管道直接相通；且，所述孔口或所述管道在二者腔体侧壁上的开口，完全浸没于主床下部床层和副床床层中。

d)所述副床上部设有气体出口，引出副床气体。

e)所述气固分离器的固体出口与副床相通。

气固分离器的固体出口与副床相通可以为通过副床气体不能反窜入气固分离器的方式相通。

固体出口与副床之间使得副床气体不能反窜入气固分离器的气固分离器的连通方式有两类：

一类是气固分离器的固体出口位于副床床面以下，如气固分离器的下料腿直接插入副床床层中，或气固分离器的下料腿与副床侧壁低于副床床面处相通，即在下料腿中形成料柱，阻止气体的流通。

另一类是直接采用单独的压力隔绝部件，常用的有返料器，即气固分离器的固体出口通过一个常规返料器与副床相通。

为了实现燃烧、气化、热解、包衣、造粒等功能，该循环回路上可设置物料的加入和排出口，可选的，加料口可以设置在主床或／和副床，排料口同样可以设置在主床或／和副床。

在本发明中，主床下部和副床内的床层均处于鼓泡床或湍流床流态，二者在床面以下直接相通，且主床和副床的气体各自引出，从而主床下部床层与副床内床层直接相通以形成连通器。

区别于现有技术的返料器与提升管的连接：返料管33在上升段32上的开口不完全浸没于上升段32的床面内，而提升管上的返料口也位于密相区之上或密相区至稀相区的过渡区中，不完全浸没于床面内，因此不能构成连通器；此外，返料器流化气体主要进入提升管，不单独引出。

基于连通器原理，主床和副床在连通二者下部的孔口或管道处的压力会一直保持相等。因此，主床床层高度与副床床层高度之间具有稳定的自平衡关系。

在本发明中，主床横截面积在其中部缩小，可在流化气体量不变的情况下，提高主床中上部的流化速度，使主床下部处于低流化速度的同时，主床中上部进入快速床或输运状态。这样，主床下部床层的高度可由横截面积缩小处的高度确定。

或者，主床中部通入提升气体，提高主床中上部的流化速度，也可以形成同样的流态。此时，主床下部床层的高度是由提升气体通入的位置决定的。提升气体通入口可以设置多层，选择从不同层高的入口通入提升气体，可以选择主床下部床层的高度。

由此，主床床层高度是确定的，根据连通器原理，副床床层的高度也就随之确定了。

下面描述物料循环回路的建立。主床底部通入流化气体，床层膨胀，当床层高度上升到主床横截面积缩小处或提升气体通入位置时，物料被提升、在主床中部和上部形成快速床或进入气力输送状态，从而使物料随流化气体进入气固分离器，然后进入副床，使副床床层压降升高，副床物料在压差作用下通过孔口或管道流向主床，物料被循环起来。

气固分离器可以为旋风分离器(图5)，也可以是惯性分离器(图3)、沉降室(图4)等。

为避免副床流化风反窜入气固分离器，需要进行气体隔离，可采用常规返料器(图5)，也可以将气固分离器的下料腿插入副床床层中(图3)，只需保证下料腿出口与床面的距离即料封高度足以防止气体反窜即可；类似的，分离器下料腿与副床侧壁在低于床面一定距离处连通也可以达到同样的目的(图4)；其等同手段为在副床中设置入口室，其朝向副床内鼓泡床的开口设在床面以下。

在本发明中，利用连通器原理，在现有技术中需要设置在副床底部以控制从副床进入主床的返料装置，在本物料循环回路中被取消了，从而避免了机械式返料装置和气动式返料装置的缺陷。由于直接通过孔口或管道连通，颗粒粒径不再是副床向主床返料的瓶颈。

由于主床的床层高度是确定的，因此副床的床层高度也随之确定，克服了现有技术中副床床层高度难以稳定控制的缺陷。

下面参照附图3-5具体描述本发明的示例性实施例。

实施例1

如图3中所示，主床底部通入流化气体A，中部通入提升气体T，气固分离器2为惯性分离器，其固体物料出口，即料腿的出口插入到副床的床层内。

主床与副床通过位于二者床层的床面以下的管道直接连通。

实施例2

如图4中所示，主床底部通入流化气体A，中部通入提升气体T；气固分离器2为沉降室，其固体物料出口位于副床的床面以下。

主床与副床通过完全浸没于二者床层中的孔口直接相通。

实施例3

如图5中所示，主床底部通入流化气体A，中部横截面缩小，使主床中部和上部流化气体速度提高、超过噎塞速度，使主床中部和上部进入快速床或气力输送状态。

气固分离器2为旋风分离器，其固体物料出口通过一常规返料器与副床相通。

主床与副床通过完全浸没于二者床层中的管道相通。

副床流化气体B通过布风管的方式通入副床，副床物料可穿过布风管间的间隙，从副床底部的物料排出口排出。

为此，本发明提出了一种流态化物料循环回路，包括依次连接的主床、气固分离器、副床，其中，主床上部与气固分离器入口相通，气固分离器的固体出口与副床相通，主床与副床相通，且主床和副床的气体各自引出，其中：主床和副床内载有固体颗粒、且底部分别通入主床流化气体和副床流化气体，所述主床下部床层内的固体颗粒处于鼓泡床或湍流床状态，所述副床内的固体颗粒处于鼓泡床或湍流床状态；且所述主床下部床层与所述副床在主床床面和副床床面以下直接相通。

本发明也提出了一种物料循环流化方法，包括以下步骤：提供依次连接的主床、气固分离器、副床，其中，主床上部与气固分离器入口相通，气固分离器的固体出口与副床相通，所述主床下部床层与所述副床直接相通；向主床内提供固体颗粒以及从主床底部供给主床流化气体，使得所述主床下部床层内的固体颗粒处于鼓泡床或湍流床状态，所述主床的中部和上部形成快速床或进入气力输送状态，使得固体颗粒随主床流化气体进入气固分离器，然后从气固分离器的固体出口进入副床；从副床底部向副床内提供副床流化气体、并从副床上部引出副床流化气体，使得从气固分离器进入副床内的固体颗粒处于鼓泡床或湍流床状态，副床内处于鼓泡床或湍流床状态的固体颗粒在副床床面以下直接流入到主床下部床层中。

上述方法还可包括步骤：通过调节主床床面的高度来调节副床床面的高度。更具体地，所述主床底部通入主床流化气体，使主床下部床层的流化风速低于噎塞速度，同时还从主床中部的提升气体通入口通入提升气体，使主床中部和上部的流化速度高于噎塞速度，所述提升气体通入口设置成多层，所述“通过调节主床床面的高度来调节副床床面的高度”的步骤包括：从选择的提升气体通入口层提供主床流化气体进入主床，以调节主床床面的高度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化。本发明的适用范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种流态化物料循环回路，包括依次连接的主床、气固分离器、副床，其中，主床上部与气固分离器入口相通，气固分离器的固体出口与副床相通，主床与副床相通，且主床和副床的气体分别引出，

其中：

a)主床和副床内载有固体颗粒、且底部分别通入主床流化气体和副床流化气体，所述主床下部床层内的固体颗粒处于鼓泡床或湍流床状态，所述副床内的固体颗粒处于鼓泡床或湍流床状态；且

所述主床下部床层与所述副床在主床床面和副床床面以下直接相通；

b)通入主床的主床流化气体仅从主床底部通入，且

主床中部和上部的横截面积小于主床下部床层的横截面积使得主床下部床层的流化风速低于噎塞速度、主床中部和上部的流化风速大于噎塞速度。

2.一种流态化物料循环回路，包括依次连接的主床、气固分离器、副床，其中，主床上部与气固分离器入口相通，气固分离器的固体出口与副床相通，主床与副床相通，且主床和副床的气体分别引出，

其中：

a)主床和副床内载有固体颗粒、且底部分别通入主床流化气体和副床流化气体，所述主床下部床层内的固体颗粒处于鼓泡床或湍流床状态，所述副床内的固体颗粒处于鼓泡床或湍流床状态；且

所述主床下部床层与所述副床在主床床面和副床床面以下直接相通；

b)主床底部通入主床流化气体，使主床下部床层的流化风速低于噎塞速度，同时还从主床中部的提升气体通入口通入提升气体，使主床中部和上部的流化速度高于噎塞速度。

3.根据权利要求2所述的流态化物料循环回路，其中：

所述提升气体通入口设置成多层，所述提升气体适于从选择的提升气体通入口层进入主床。

4.根据权利要求1或2所述的流态化物料循环回路，其中：

所述主床与所述副床彼此相邻且共用一个侧壁；

所述侧壁上设置有至少一个开口，所述至少一个开口位于主床床面和副床床面以下，且所述主床下部床层与所述副床通过所述至少一个开口彼此直接相通。

5.根据权利要求1或2所述的流态化物料循环回路，其中：

所述主床下部床层与所述副床通过至少一个管道彼此直接相通，在高度方向上，所述管道与主床下部床层的连通口位于主床床面的下方，所述管道与副床的连通口位于副床床面的下方。

6.根据权利要求1所述的流态化物料循环回路，其中：

所述气固分离器的固体出口位于副床床面以下。

7.根据权利要求6所述的流态化物料循环回路，其中：

所述气固分离器的下料腿直接延伸到副床的床层中，从而构成气固分离器的固体出口的下料腿口位于副床床面以下。

8.根据权利要求6所述的流态化物料循环回路，其中：

所述气固分离器的下料腿位于副床外部，副床的外壁形成有一个在副床床面下方且与构成气固分离器的固体出口的下料腿口相通的开口。

9.根据权利要求1所述的流态化物料循环回路，还包括：

返料器，设置在所述气固分离器的固体出口与副床之间，所述返料器用于防止副床气体进入气固分离器。

10.一种物料循环流化方法，包括以下步骤：

提供依次连接的主床、气固分离器、副床，其中，主床上部与气固分离器入口相通，气固分离器的固体出口与副床相通，所述主床与所述副床直接相通；

向主床内提供固体颗粒以及从主床底部供给主床流化气体，使得所述主床下部床层内的固体颗粒处于鼓泡床或湍流床状态，所述主床的中部和上部形成快速床或进入气力输送状态，使得固体颗粒随主床流化气体进入气固分离器，然后从气固分离器的固体出口进入副床；

从副床底部向副床内提供副床流化气体、并从副床上部引出副床流化气体，使得从气固分离器进入副床内的固体颗粒处于鼓泡床或湍流床状态，副床内处于鼓泡床或湍流床状态的固体颗粒在副床床面以下直接流入到主床下部床层中；

通过调节主床床面的高度来调节副床床面的高度。

11.根据权利要求10所述的方法，其中：

所述主床底部通入主床流化气体，使主床下部床层的流化风速低于噎塞速度，同时还从主床中部的提升气体通入口通入提升气体，使主床中部和上部的流化速度高于噎塞速度，

所述提升气体通入口设置为多层，所述“通过调节主床床面的高度来调节副床床面的高度”的步骤包括：从位于选择的高度的提升气体通入口层提供主床流化气体进入主床，以调节主床床面的高度。