CN104765394A - 控制固体料流的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

描述了控制流化床槽中的流化床中料位和/或总量的方法和装置，其中固体料流经由下料器从所述流化床槽中移出，所述固体料流通过供应输送气体流在所述下料器的底部流态化并穿过从所述下料器分叉的提升管输送到顶部。穿过所述提升管输送的固体料流的量因所述输送气体的变动供应而改变，其中将所述固体槽中的固体料位或固体总量用作控制变量且将所述输送气体的体积流量用作控制线路的执行变量。

Description

控制固体料流的方法和装置
本发明涉及方法和装置，它们用于控制固体料流且特别是控制固体槽中(特别是在流化床槽中的流化床中)的料位和/或固体总量以及控制向其中供应两种固体料流的混合槽中的温度和/或混合比。
在粒状固体如硫化锌矿石、铁矿石、海绵铁或氢氧化铝的处理过程中，在许多领域中目标是流化床中的固体总量(即，数量)且由此固体的垂直料位必须保持恒定。有许多针对此目标的解决方案。一方面，可以使用所谓的孔口阻挡器或出料喷管。这是具有圆锥顶点的喷管形式的机械实心阀门，该圆锥顶点符合流化床的槽壁的相应的圆锥形开口。通过移出喷管或向该开口中插入喷管，增加或减小横截面，以使得可以控制流出量。然而，在固体出口的两侧存在相同压力，因为孔口阻挡器仅在完全封闭的条件下能实现压力密封。通常，这将是流化床在固体出口料位处的压力。如果由于工艺和/或各自操作条件的转换而得到跨越固体出口的压力差，则必须预计到控制质量的恶化。
在EP 0 488 433 B1中，详细描述了用于打开和关闭气体通道的控制孔口阻挡器。
所述控制孔口阻挡器在实践中起作用，但它们具有其弱点和缺点。一方面，所述控制孔口阻挡器具有与热固体接触的机械式活动部件。因此，必须通过水冷却将其冷却。此时，必须监测冷却水的流量和在前进流与返回流之间的温差。偶尔，喷管发生损坏。因此，水从喷管中溢出且在最坏情况下流进位于该喷管下方的具有耐火衬层的槽中，由此所述耐火衬层会被损坏。另外，该喷管必须横向移动，驱动器在外部具有环境压力且内部通常具有过压。出于密封目的，使用填料箱。如果填料箱变泄漏，则热固体可能会被排出，这代表了一个安全风险，或者环境空气将进入，这会妨碍该工艺。为了调节经由孔口阻挡器排出的固体料流，需要在喷管的顶端与起到阀座作用的喷嘴底座(nozzlestone)之间进行精密调节。在此应该考虑到，在延长的操作时间之后，高温会引起耐火衬层位移，以使得可能失去此精密调节。还会发生的是在长时间关闭孔口阻挡器之后，固体在孔口阻挡器的顶端之前去流态化且不继续前进打开孔口阻挡器。在很多情况下，穿过另一填料箱移动的手动操作的空气喷管因此能用于捅开固体并同时使固体流态化。该捅开的成功或失败通常可通过检查玻璃观察到。当固体热到足以发光时，可以看到一些东西。但是如果它们是冷的，则看不到东西且可以说是在盲目操作。然而，在热固体的情况下，能经受住高温的检查玻璃非常昂贵。此外，采用控制孔口阻挡器，压力密封不能借助于控制设备实现。这会引起气体/空气流动穿过(在最坏情况下还相反于固体流动的方向)喷嘴石，由此会限制或甚至完全抑制该固体流动。
或者，流化床中的总量的水平还可通过在距分配板严格限定距离处布置的堰坝或排料口保持恒定。这常在固定流化床或形成气泡的流化床中使用。当该流化床具有比周围环境或固体流进入其中的接续槽高或低的压力时，仍然必须实现压力密封。为此目的，可使用所谓的浮子室、虹吸管或星形进料器。
例如从DE 196 29 289 A1中得知用于输送细粒固体的虹吸管。该虹吸管由与用于馈送固体的设备连接的管路和与另一管路连接的几乎相反导向的第二管路组成，其中固体在重力影响下输送。喷管延伸到充满细粒固体的区域中以使固体流态化。该装置用于阻挡流化床相对于再循环旋风分离器的底流的压力并用于使来自该旋风分离器的固体再循环回到流化床中。固体料流的具体控制是不可能的。空气的供应仅仅用来保持固体处于流体般条件下。在该系统中，流化床中的固体料位不是可变的。
在星形进料器的情况下，流化床中的固体料流且由此固体料位可因改变旋转速度而受影响，且当更新时，还可以实现压力密封。然而，就旋转转子与固体直接接触来说，它们是不利的，由此发生磨损并危及紧密性。另外，旋转转子的轴必须相对于周围环境密封，因为驱动器安排在外部。
所有上述系统的另外缺点在于它们仅仅在向下方向上工作，即固体到达比在流化床中的料位低的料位。
美国专利6,666,629描述了输送粒状固体的方法，借助于该方法原则上还可以解决高度问题。借助于气态介质，将固体从压力为4-16巴的第一区经下降管路输送并经由上升管路到达压力比第一区低3-15巴的第二区。气态介质的流入通过向上导向的喷嘴实现，在此点处下降管路通向上升管路。此外，将额外的气体引入下降管路，它决定穿过该下降管路的固体料流。
从WO 01/28900 A1中得知一种装置，其中固体穿过下料器通至上升管路，它们借助于流化气体输送穿过上升管路且随后在底部转向移出。借助于许多气体供应管路，固体在下降管路和在提升管中沿它们的整个长度流态化并由此靠重力在连通管中如流体般输送。
美国2005/0058516 A1描述了用于细粒固体在受控流量下的运输的装置，其中该固体最初由于重力向下流动穿过下料器，且随后通过注入二级气体经由倾斜转移管路运输到提升管，其中将提升管空气从下面引入，以便输送颗粒到顶部。因此该下料器与该提升管彼此不直接连接。在连接件中，固体被流态化并供应二级空气。该提升管中的输送空气保持恒定，而固体料流的控制经由连接件中的二级空气实现。
随后可将经由提升管排出的固体料流供应到混合槽，在那里它与另一固体料流混合。然而，该混合物(无需使用以上所述形成的提升管)例如从DE 195 42 309 A1中得知。当由氢氧化铝生产氧化铝时，预先干燥且仅略微预热的水合物的部分料流穿过煅烧设备的炉子且随后与来自该煅烧设备的炉子的热的氧化铝混合。然而，困难的是精确限定混合槽中的温度和氧化铝与氢氧化铝的混合比，因为几乎不能测量质量流量。这是在实践中大多使用速度可变的星形进料器使水合物穿过炉子的原因，借助于该星形进料器控制混合槽中的温度。然而，这涉及星形进料器的上述典型缺点如磨损和降低紧密性，以使得可靠的压力密封几乎是不可能的。
因此，以下本发明的目标在于通过可靠地控制固体料流提供固体槽中固体料位的控制和混合槽中的温度的控制。同时，应该确保可靠的压力密封。
在根据本发明的方法中，此目标基本通过权利要求1和2的特征来解决。
根据本发明，将粒状固体料流经由下降管路(下料器)从固体槽具特别是流化床槽中移出，所述固体料流通过供应输送气体在所述下料器的底部流态化并经由从所述下料器分叉的上升管路(提升管)运输到更高料位处，其中穿过所述提升管输送的固体料流的量通过供应输送气体来控制，其中测量所述固体槽中的固体料位或固体总量且将其用作控制线路的控制变量，且其中将所述输送气体的体积流量用作所述控制线路的执行变量。
根据本发明的开发，固体料位或固体总量借助于在所述固体槽特别是在所述固体槽中形成的流化床的上部区域与下部区域之间的压力差确定。或者，还可能的是进行固体料位的超声测量或固体槽的重量测量。
在固定的流化床中，流化固体床行为就象流体一样并因此产生流体静压，它与流化床的高度成比例。在循环流化床的情况下，料位没有限定，因为流化床填满整个流化床反应器。则压力差与流化床反应器的固体总量成比例。根据本发明，使用压力差信号用于经由控制线路执行控制阀且由此决定输送气体的供应。如果流化床槽中的压力差变得太大，则阀被开得更大且输送气体流量增加，以使得固体从流化床上移走并且料位再次降低。如果料位变得太低，则该压力差降低且输送气体流量减小，这导致提升管中的固体质量流量相应减小并由此导致流化床中的料位增加。用这种方式，还可以控制固体在流化床中的停留时间。
如果经由提升管将固体料流供应到混合槽，则混合槽中的温度和/或混合比可借助于本发明来控制之处在于混合槽中的温度被测量且在于将所测量的温度用作流化气体的供应的控制变量。同样在这种情况下，穿过提升管输送的固体料流的量通过流化气体的供应来控制。如果混合槽中的温度与限定的设定值不同，则调节流态化气体的供应，以使得相应地更多的或更少的固体穿过提升管输送，且由此再次使混合槽中的温度回到所需值。与固体的质量流量相比，温度可非常容易地测量，因此可靠的控制容易地成为可能。
根据本发明的一个优选的实施方案，保持下料器的底部与顶部之间的压力差小于对应于流化下料器的压力损失。同样如根据本发明所提供的，如果保持下料器底部的压力大于该下料器顶部的压力，则下料器中的固体的行为就象孔隙度接近于固定床的孔隙度的下沉床(sinking bed)一样。因此，在下料器中存在非流化的横动移动床。
第一下料器的压力差ΔPD在此由下式定义：
ΔPD＝ΔPR+PR,K–P0-ΔPWS,B>0      (1)
这里，ΔPR为跨越提升管的压力损失，它取决于输送气体流量和固体质量流量。由于到该提升管的气体供应改变，为了实现特定的固体质量流量，在此得到相应的压力损失。
PR,K为提升管顶部的压力。在很多情况下，此压力对应于环境压力，但它可以改变，例如当流化通道的废空气提取太猛烈并产生负压时。如果在提升管的下游提供另一工艺部件，则压力PR,K也可以比环境压力高得多，例如也比压力P0高。
另外，必须考虑在附装的流化床的自由空间中的压力P0以及由在下料器入口上方的床高HWS,B的流化床所引起的压力ΔPWS,B。两种压力都取决于流化床槽或可能更上游的装置的设备行为。因此，跨越下料器的压力差ΔPD对应于输送气体流量的调节自动得到。此外，此压力差不应该变得大于在流化下料器情况下得到的压力差。这将意味着下料器中的孔隙度将被减小且来自提升管或者也来自流化床槽的背压不再能够可靠地密封。这由下式表示：
ΔPD<ΔPD,max＝(1-εmf)·ρs·g·HD           (2)
其中
εmf＝在固定床条件下固体的孔隙度
ρs＝固体密度
g＝重力加速度
HD＝提升管的高度
在这些条件下，下料器中的床充当压力密封，且提升管顶部的压力与该下料器入口处的压力脱离联系。此外，现在可通过改变输送气体来调节或控制输送的固体质量流量或流化床槽中的床高和固体总量。该输送气体例如空气的主要部分在提升管中向上流动并运输对应于其承载容量那样多的固体到顶部。该输送气体的次要部分在下料器中横穿移动床并由此引起下料器中的压力损失。
原则上，正或负压力差可通过根据本发明的配置来克服，根据本发明，在下料器的入口与提升管的顶部之间的压力差处于-10巴到+50巴范围内，优选-1巴到+1巴范围内。提升管的顶部的压力为0到50巴(绝对压力)，根据本发明，通常优选为近似环境压力。
在该提升管下方，输送气体优选经由至少一个输送气体喷嘴供应。为此目的，原则上可提供任何合适的喷嘴或气体供应，例如盖型的喷嘴或向上导向的喷嘴，在其上端可布置例如多孔可透气的介质如薄膜，输送气体流横穿该介质，或例如适当安装的孔板。
根据本发明的一个特别优选的方面，该输送气体经由至少一个向下导向的喷嘴在提升管下方供应。由此，可靠地避免了喷嘴的堵塞。
输送气体的需要量取决于固体的性质如颗粒密度、粒径和粒径分布；操作温度和操作压力；提升管直径和提升管高度。优选应该这样选择提升管直径以使得在预期的最大固体质量流量的情况下，得到至多5m/s、优选约1到2m/s的固体传送速度。
该提升管的最佳高度取决于提升管顶部的压力和固体密度。当提升管顶部的压力小于/等于下料器的入口处的压力时，它优选应大于下料器的高度。当提升管顶部的压力显著高于下料器的入口处的压力时，可减小提升管的长度。因此，提升管的长度甚至可小于下料器的高度。
根据本发明，将流化床槽中的流化床的料位保持恒定且这在该槽入口处的固体质量流量改变时也是适用的。根据本发明，同样在恒定入口质量流量下，例如遵循线性增加或降低或任何时间函数特别是对应于正弦函数(料位＝f(时间))的周期再现形式来改变流化床的料位。为此目的，可仅仅相应地改变控制线路的设定值。
当在流化床槽和提升管的排料槽中需要不同的气氛时，根据本发明确保在流化床槽与提升管的排料槽之间的气体障壁，因为将第三优选的惰性气体特别是氮气用作输送气体。
根据本发明的开发，固体质量流量可以通过输送气体流量的猛烈减小或完全中断而可靠地中断。实验表明，即使在流化床槽与提升管顶部之间具有大的压力差，一旦输送气体流量变得小于为在提升管中最小流化所必需的流量，固体也将停止流动。随后在下料器中和在提升管中,得到横动固定床。因此，当输送气体流量没有完全中断，而仅仅是减小到低于临界极限，且将第三气体(优选为惰性气体)选择为输送气体时，此横穿确保同样在中断固体料流的情况下在流化床槽与提升管顶部之间的气氛的分隔，取决于应用这可能是必要的。当输送气体流量被完全中断时，下料器中和提升管中的固体将继续保持为固定床。随后可能出现非常少的气体流从具有较高压力的槽中穿过下料器和提升管进入具有较低压力的槽中。
由于输送的固体质量流量取决于输送气体体积流量和所使用物质，因此可同时确定输送的固体的质量流量，且根据本发明穿过提升管输送的固体质量流量的间接测量成为可能。
原则上，可用根据本发明的配置运输所有可流态化的固体。然而，通常待输送的固体的粒径不应该大于10mm，优选不大于3mm，且特别是不大于0.3mm。加工例如具有至多约10mm粒度的铁矿石，优选具有2-6mm的粒度的塑料颗粒，而加工优选具有<0.3mm粒度的氧化铝。
根据本发明的一个特别优选的方面，数个固体料流并行经由分开的下料器从流化床槽中移出。根据本发明，对于各个下料器的输送气体的供应且由此经由各自相联的提升管的固体的排料被分别改变。以这种方法，则可以控制数个变量。例如，在4个分开的下料器的情况下，一方面可通过改变到第一提升管的输送气体的供应控制流化床槽中的料位，而在第二、第三和第四提升管的排料槽中，控制三个料位和/或混合温度。所有提升管的直径都可以不同且所有提升管顶部都可以位于不同料位处并具有不同压力。此外，不同下料器的入口还可以在不同料位处与流化床槽连接，这允许例如流化床槽经由最下面的下料器基本排空。提升管顶部的压力还可以与下料器的入口处的压力不同。另外，流化床槽中的气氛和4个排料槽中的气氛可以不同，并且在所有5个槽之间可能有气体障壁。在此，还可能的是当超过流化床槽中的临界固体料位时，通常不使用下料器中的一个或多个且仅仅将其用作另外的输送设备。在从流化床排出的固体的不同的接受容器之间的转换至今仅经由机械转换才是可能的。借助于本发明，避免了可移动部件与热固体的接触，并且避免了引起的磨损，该磨损导致控制精确度减小或维护工作增加。
本发明还扩展到具有权利要求16或17的特征的控制固体料流的装置。
当控制固体槽中特别是在流化床中的料位和/或固体总量时，根据本发明提供了用于检测该槽中的固体料位的测量设备，其中流到相联的提升管的输送气体的供应经由控制阀实现，且其中该控制阀的开启位置可基于该测量设备的测量结果经由控制线路改变。
在流化床的情况下，该料位优选借助于在流化床的最深点与在流化床上方的自由空间之间的压力差来检测。该压力差可经由压差传感器直接测量。或者，该压力差还可以基于两个压力传感器的测量来计算。然而，固体总量还可以例如通过称量固体槽重量或通过测量支撑钢支架的形变来检测。
为了控制在一个混合槽中结合在一起的两种固体料流的温度和/或混合比，根据本发明在该混合槽中提供温度测量设备，其中输送气体流的供应经由控制阀实现且该控制阀的开启位置可基于借助于该温度测量设备测量的温度经由控制线路控制。
根据本发明，该输送气体流的供应经由至少一个优选向下倾斜的喷嘴实现。或者，该输送气体流的供应也可经由流化织物或一些其它多孔介质实现。
根据本发明，下料器相对于垂直线倾斜不多于45°，以保证固体在下料器中逐渐下降而不流态化。
另一方面,提升管优选大致垂直地安排。由此有利于固体穿过提升管排料。
根据本发明的开发，提升管的高度大于下料器的高度。因此，高度还可以借助于本发明得到，即固体可被输送到顶部。在设备构造中，这是高度有利的，因为多个处理段不再必须一个建造在另一个顶部，而是还可以一个竖立在另一个旁边。以这种方法，节省了建造高度且由此节省了成本。
为了能够调节提升管中的所要流动方式，这非常类似于密相流化床的流动方式，下料器的直径应该大于或等于提升管的直径。优选下料器的直径为提升管直径的1.5-3倍；通常它应该是提升管直径的两倍大。下料器或提升管没必要总是圆柱形的。椭圆形、角形等的实施方案也是可能的。则该直径始终是指具有相同截面面积的圆形管的当量直径。还可能的是下料器和提升管的直径或形状沿其行进方向而改变。
在其上端，提升管通向排料槽或膨胀槽，随后将固体从该排料槽或膨胀槽移出。或者，固体还可以经由在提升管上端的弯管简单转向且随后通到接受槽中。
根据本发明，下料器和/或提升管中的固体的温度可受在该下料器中和/或在该提升管中提供的换热器的影响。在内部换热器的情况下，必须调节提升管的直径，以使得在下料器与提升管之间的自由截面面积的比例再次对应于所需要的关系。或者，下料器和/或提升管本身可以构成换热器。
如果两个或更多个下料器从流化床槽分叉，则固体可并行供应到许多下游槽或设备。可分别控制穿过各下料器和相联的提升管的流量。提升管还可以具有不同的长度。当针对不同固体料流设计提升管时，必须相应地调节直径。此外，下料器或提升管没必要总是圆柱形的。椭圆形、角形等的实施方案也是可能的。因此该直径始终是指具有相同截面面积的圆形管的当量直径。还可能的是下料器和提升管的直径或形状沿其行进方向而改变。
本发明的开发、优势和可能的应用还可以从实施方案的以下描述和从图中得到。所描述和/或说明的所有特征本身或以任何组合形成本发明的主题，不管它们是否包含于权利要求书中或背景文献(back-reference)中。
本发明的技术方案包括：
控制在固体料流经由下料器从其中移出的固体槽特别是流化床槽中的料位和/或总量的方法，其中从所述固体槽中移出的所述固体料流通过供应输送气体在所述下料器的底部流态化并经由从所述下料器分叉的提升管运输到更高料位处，其中穿过所述提升管输送的固体料流的量因所述输送气体的变动供应而改变，其中将所述固体槽中的固体料位或固体总量用作控制变量且将所述输送气体的体积流量用作控制线路的执行变量。
在一个实施方案中，所述槽中的固体料位通过测量跨越所述固体槽的压力差确定。
控制混合槽中的温度和/或混合比的方法，其中第一固体料流经由下料器从槽中移出，其中从所述槽中移出的所述固体料流通过供应输送气体在所述下料器的底部流态化并经由从所述下料器分叉的提升管运输到所述混合槽中，在所述混合槽中所述固体料流与不同温度的第二固体料流混合，其中穿过所述提升管输送的固体料流的量通过供应所述输送气体来控制，其中测量所述混合槽中的温度，且其中将所测量的温度用作所述输送气体的供应的控制变量。
在一个实施方案中，保持所述下料器的底部与顶部之间的压力差小于对应于流态化下料器的压力损失。
在一个实施方案中，保持所述下料器底部的压力大于所述下料器顶部的压力。
在一个实施方案中，所述下料器的入口与所述提升管的顶部之间的压力差处于-10巴到+50巴的范围，优选-1巴到+1巴的范围。
在一个实施方案中，在所述提升管的顶部的压力为0到50巴(绝对压力)且优选为约环境压力。
在一个实施方案中，在提供最大固体质量流量的情况下，所述提升管中的传送速度小于5m/s且优选为约1到2m/s。
在一个实施方案中，所述流化床槽中的所述流化床的床高保持恒定。
在一个实施方案中，所述流化床槽中的所述流化床的床高对应于指定的函数而改变。
在一个实施方案中，将第三气体，优选惰性气体且特别是氮气，用作输送气体。
在一个实施方案中，为了中断固体的通过，所述输送气体以如此小的体积流量引入使得所述提升管中的固定床的横动低于所述提升管中的最小流态化速度。
在一个实施方案中，待输送的所述固体的粒径不大于10mm，优选不大于3mm，且特别是不大于0.3mm。
在一个实施方案中，数个固体料流并行经由分开的下料器从所述流化床槽中移出。
在一个实施方案中，分别控制向各个下料器中的输送气体的供应。
控制固体槽中的料位和/或固体总量的装置，特别是执行前述权利要求中任一项的方法的装置，包括下料器(6)，固体料流穿过它从固体槽(1)中移出；提升管(9)，它在接近于下料器(6)的底部(8)的位置从下料器(6)分叉通到顶部；和在提升管(9)下方的输送气体供应，其中从所述固体槽(1)中移出的所述固体料流通过所述输送气体流态化并经由所述提升管(9)运输到更高料位处，其特征在于所述槽(1)中的固体料位经由测量设备检测，特征在于所述输送气体流的供应经由控制阀(16)实现，和特征在于所述控制阀(16)的开启位置可基于所述测量设备的测量结果经由控制线路改变。
在一个实施方案中，所述测量设备为用于检测跨越所述槽(1)的压力差的压力差测量设备(17)。
控制混合槽(27)中的温度和/或混合比的装置，特别是执行权利要求1-15中任一项的方法的装置，其中所述混合槽(27)供应有经由下料器(21)来自流化床槽(20)的第一固体料流并供应有具有不同温度的第二固体料流，其中从所述流化床中移出的所述第一固体料流通过供应流化气体在所述下料器(21)的底部流态化并经由从所述下料器(21)分叉的提升管(23)运输到所述混合槽(27)中，在所述混合槽中所述第一固体料流与所述第二固体料流混合，其特征在于在所述混合槽(27)处提供温度测量设备(29)，特征在于所述输送气体流的供应经由控制阀(30)实现，和特征在于所述控制阀(30)的开启位置可基于借助于所述温度测量设备(29)测量的温度经由控制线路控制。
在一个实施方案中，所述输送气体流的供应经由至少一个喷嘴(14，24)实现。
在一个实施方案中，所述至少一个喷嘴(14，24)向下倾斜。
在一个实施方案中，所述输送气体流的供应经由流化织物实现。
在一个实施方案中，所述下料器(6，21)相对于垂直线倾斜不多于45°。
在一个实施方案中，所述提升管(9，23)大致垂直地安排。
在一个实施方案中，所述提升管(9，23)的高度(HR)大于所述下料器(6，21)的高度(HD)。
在一个实施方案中，所述下料器(6，21)的直径(DD)大于或等于所述提升管(9，23)的直径(DR)，优选为所述提升管(9，23)的直径(DR)的约两倍大。
在一个实施方案中，所述提升管(9，23)通向排料槽(12)等。
在一个实施方案中，所述下料器(6，21)中和/或所述提升管(9，23)中提供有换热器或所述下料器和/或所述提升管本身构成换热器。
在一个实施方案中，两个或更多个下料器(6)从所述固体槽(1)分叉。
在一个实施方案中，所述下料器(6)在不同料位处与所述固体槽连接。
在图中，
图1示意地展示根据本发明的第一实施方案的装置，
图2示意地展示根据本发明的第二实施方案的装置，且
图3示意地展示根据本发明的第三实施方案的装置。
图1展示根据本发明的第一实施方案的用于调节流化床槽1中的料位或总量的装置。代替流化床槽1，在此还可以使用旋风分离器或一些其它含有固体的槽。首先必要的是在该槽中接收可流态化的固体。
在流化床槽1中，展示有优选具有10mm以下、优选0.01-5mm且特别是0.05-1mm的平均粒度的细粒固体如铁矿石、氧化铝或塑料颗粒的固定(形成气泡的)流化床2。所述固体经由供应管路3引入流化床槽1中。流化床2借助于流化气体流态化，该流化气体经由管路4供应到气体分配器5中且从下方穿过流化床2。另外，可供应燃料。
在距分配板的规定距离处(即在其上方或在其料位处)，下降管路(它还被称为下输管6或下料器)从流化床槽1中分叉。下料器6的入口区域位于高度HD上方，它还被称为下料器的顶部7。在下料器6的底部8之前不远处，向上导向的管路(它还被称为上升管9或提升管)从下料器6中分叉并基本垂直地延伸到顶部。下料器6的直径为提升管9的直径的约两倍大。提升管9的入口区或底部10可略微突出到下料器6中或与下料器6的壁齐平终止。在提升管9的上端或顶部11处，提升管9通向排料槽12，固体经由斜槽13从该排料槽12中流出。此下料器/提升管配置还被称为“上提密封罐(Lifting Sealpot)”(LSP)。
在下料器6的底部8处，在提升管底部10下方，输送气体经由与供应管路15连接的喷嘴14供应，以使固体料流在提升管9中流态化。原则上，任何合适的输送气体都可用作流化气体。优选使用第三气体特别是惰性气体如氮气以确保在流化床与提升管的顶部之间气氛的分隔。为了简化起见，随后将输送气体简称为推进剂空气。可提供多个喷嘴14以供应推进剂空气。喷嘴14不局限于举例说明的向上导向的喷嘴形式。更确切地，还可能提供盖型的喷嘴或向下导向的喷嘴或在其末端提供有多孔体的喷嘴，该多孔体将防止喷嘴堵塞。还可能经由布置在下料器底部在未举例说明的气体分配器上方的流化织物或一些其它多孔介质来供应输送气体。所属领域的技术人员可使用他所知道的在下料器6的底部使固体适当流态化的所有措施。
用于推进剂空气的供应管路15包括控制阀16，借助于该控制阀16可控制推进剂空气的供应量。为此目的，在流化床槽1处提供压力差测量设备17，借助于该压力差测量设备17测量介于流化床2上方的压力P0与在流化床2中在下料器6的入口区域下方的压力P1之间的压力差ΔP。优选地，压力P1在流化床2的下端直接在气体分配器5的分配板上方测量。将压力差ΔP提供给控制阀16作为控制推进剂空气的供应的控制变量。
根据本发明的第一实施方案的装置基本上如上所述来设计。随后，将说明该装置的功能和操作模式。
固体从流化床槽1中的流化床2穿过下料器6下沉到下料器6的底部8并到达提升管9的下端10。通过在提升管9的入口开口10下方加入推进剂空气或输送空气，固体被输送到提升管9的顶部，在其上端11处再次离开并经斜槽13流出，例如流到运输带上，进入流化通道、空气提升器等等。待输送的固体料流可经由推进剂空气的量而改变。
为了控制流化床槽1中的床高HWS,B，经由介于流化床上方的压力P0与流化床的下部区域中的压力P1之间的压力差ΔP测量流化床2的料位。基于该压力差ΔP，开动控制阀16，以限定待穿过喷嘴14供应的推进剂空气的量。下料器6底部的固体通过推进剂空气流态化并穿过提升管9输送到顶部。提升管9中的流动行为就象密相流化床一样，而下料器6中的固体象横动移动床一样以孔隙度接近于固定床的孔隙度的层的形式下沉。为此目的，有必要使下料器6中的固体流量不变得太高并且在下料器6的底部8与顶部7之间的压力差不变得大于对应于流化下料器6的压力损失。同时，下料器6的底部的压力(对应于提升管9的下端的压力)必须大于下料器6的顶部的压力。
在很多情况下，提升管9的顶部11处的压力PR,K与环境压力相当。然而，在提升管9中的输送也可能要克服例如至多50巴高的超压，或者也可能要克服负压。
为了保持流化床槽1中的料位恒定，输送空气的供应经由控制线路控制。该料位经由压力差P1-P0的测量或计算检测。在流化床中，流化的固体床的行为就象流体一样且因此产生流体静压，它与流化床的高度成比例。使用压力差信号用于经由控制线路执行控制阀16，以保持压力差P1-P0恒定。当流化床槽1中的压力差P1-P0变得太大时，控制阀16被开得更大且输送气体流量增加，以使得更多固体从流化床2移走并且料位再次降低。当流化床2的料位变得太低时，则压力差P1-P0降低且输送气体流量减小，这导致提升管9中的固体质量流量减小，由此料位再次增加。
因此，当流化床槽1的入口处的固体质量流量改变时，流化床槽中的床高也可以保持恒定。在恒定的入口质量流量的情况下，有可能例如作为随时间的正弦函数具体地改变流化床2的床高。为此目的，相应地改变控制线路的设定值。
借助于根据本发明的装置，还可以可靠地中断固体质量流量。这受输送气体流量的猛烈减少或完全中断的影响。即使在流化床槽1与提升管9的顶部11之间具有大的压力差，一旦输送气体流量变得小于对应于提升管9中的最小流化速度的流量，固体也将停止流动。随后在提升管9中和在下料器6中得到横动固定床。此横动确保了在流化床槽2与提升管9的顶部11之间的气氛的分隔，取决于应用这可能是必要的。当输送气体流被完全中断时，固体将以固定床形式保留在提升管9中并防止在流化床槽1与提升管9的顶部11之间的压力补偿。
提升管9中的固体质量流量(关联它的输送气体体积流量作为控制流化床反应器1的固体总量的执行变量)与输送气体体积流量本身处于限定关系之下。如果在控制阀16之前采用输送气体的流量测量，则固体质量流量因此可由所测量的输送气体体积流量得到。固体槽的(也例如流化床反应器的)固体停留时间从固体含量与固体通量的比值得到。因为提升管9的固体质量流量(除控制偏差以外)与流化床反应器的固体通量相同，所以在本发明的方法中甚至可以确定并控制固体的停留时间。当例如导入到流化床反应器中的固体的通常恒定的量以具体倍数加倍时，如果固体的停留时间应该保持恒定，则流化床反应器中的总量必须也加倍。即使没有测量导入到流化床反应器中的固体的量，也可以从提升管9中固体质量流量的增加推断出系统的通量已加倍。为了保持恒定的固体停留时间，随后使对于反应器总量的控制线路的设定值加倍。一个过渡时期后，得到两倍的流化床反应器的压力差。因此，代替流化床中的固体总量，甚至流化床中的固体停留时间也可以以这种方法控制。
图2展示本发明的第二实施方案，其中两个下料器61和62与流化床槽1连接。在此，功能与图1所示的装置完全一样，因此参考上文描述。当然，还可能提供另外的下料器63-6n。在如图2所示的实施方案中，对于各个下料器61、62，经由喷嘴141、142的输送气体的供应通过相应地执行控制阀161、162分别改变。结果是，穿过提升管91、92的固体料流同样可分别改变。只是必须确保流化床2的高度不降低到下料器61、62的入口以下。当然，还可能提供具有相联的提升管93-9n的另外的下料器63-6n，对于它们同样适用。则穿过n个独立的下料器和相联的提升管的这些可分别调节的固体料流可用于控制n个变量，例如当具有不同温度的另一固体料流各自引入到这些槽时，与提升管顶部111-11n连接的n个槽中的n个温度。同样可能的是通过改变穿过提升管91中的固体料流控制流化床槽1中的流化床的料位，而在提升管顶部112-11n之后的n-1个槽中温度通过改变提升管92-9n中的固体料流来控制。另一种可能是当通过改变穿过固体入口3的固体料流来控制流化床中的料位时，在提升管顶部112-11n之后的n个槽中固体料位的控制。因此可确保例如在全部具有不同压力和气氛并且位于不同高度处的这些槽中，总能得到足够的固体用于供应下游装置或设备的部件。
图3展示本发明的第三实施方案，其中在氧化铝的生产过程中本发明的装置用于水合物旁路。
由氢氧化铝生产氧化铝的方法例如在DE 195 42 309 A1中描述。适度加热的氢氧化铝(Al(OH)3)的部分料流在煅烧炉之前分叉且后来再次与在煅烧炉中产生的热的氧化铝(Al2O3)混合。在所说明的实施方案中，分叉的氢氧化铝在约160℃的温度下并在约环境压力下经由流化通道20输送。部分氢氧化铝经由下料器21从流化通道20中流出，而另一部分在流化通道20中继续前进并经许多未举例说明的处理段供应到煅烧炉中。象在第一实施方案中一样，基本垂直地延伸到顶部的提升管23在下料器21的底部22分叉。下料器21底部的固体借助于至少一个喷嘴24流态化，该至少一个喷嘴24原则上又可为任何喷嘴。这里展示了向上导向的喷嘴24，但是也可能向下导向该喷嘴，以能够更可靠地防止堵塞。固体穿过提升管23上升到膨胀槽25中并经由传送管路26从该膨胀槽25供应到混合槽27。替代膨胀槽25，在提升管23的末端也可以提供简单的弯管。
在混合槽27中，将氢氧化铝与经由管路28供应的来自煅烧炉的氧化铝混合。该氧化铝具有约970℃的温度，以使得在该流化混合槽27中所提供的混合比下，得到约850℃的混合温度。混合槽27中的压力为约1.14巴(绝对压力)，即相对于周围环境存在微小的超压。在此实施方案中，混合槽27可布置在流化通道20上方或下方。
混合槽27中的温度取决于经由提升管23供应的氢氧化铝与经由管路28供应的氧化铝之间的混合比和这些固体料流的温度。然而，几乎不能测量提升管23中和在管路28中的固体质量流量。因此，根据本发明提供了借助于温度测量设备29来检测混合槽27中容易测量的温度并使用该温度作为执行供应管路31中通向喷嘴24的控制阀30的控制变量，借助于它调节下料器21的底部22处的输送气体的供应。以这种方法，当混合槽27中的实际温度超过设定值时，混合槽27中的混合比且由此温度可非常容易地受增加经喷嘴24的输送气体的供应的影响，以便将更冷的氢氧化铝引入混合槽中。结果是，混合槽中的温度再次降低。当混合槽27中的温度降低到设定值以下时，通过相应地关闭控制阀30来减少氢氧化铝的供应。
借助于本发明，因此能实现流化床槽中的流化床中的料位和/或固体总量的简单控制以及混合槽中的温度和混合比的简单控制。同时，确保了包含在流化床槽中的流化床与提升管的顶部之间的压力密封，该压力密封在许多应用中是重要的。最后，还可能借助于根据本发明的配置将穿过提升管输送的固体的量减少到零。
实施例
铁矿石的排料
在铁矿石从流化床冷却器中排料的过程中，使用如图1所示的系统。下料器6的入口位于流化床的所要料位下方约0.5m处。规定到冷却器中的流入量并且应该再次经由所述下料器/提升管配置(上提密封罐或LSP)连续排出，以保持冷却器中的料位恒定。下料器6的直径DD＝0.2m和下料器高度HD＝2m。直径DR＝0.1m的提升管9的长度HR＝4m。因此，提升管顶部位于流化床槽中的所要料位上方约1.5m处。流化床上方的超压为约30毫巴，而在提升管顶部存在环境压力。
流化床的料位经由如图1所示的压力差测量并且经由控制线路和用于输送空气流的控制阀16控制。该输送空气通过鼓风机提供并且经由在提升管底部10下方的向上导向的喷嘴14供应。在固体流量为6.2t/h下，输送气体流量为约40Nm3/h。因为该设备也可以在部分负载或过载下操作，则相应地降低或增加输送气体流量，以保持流化床中的料位恒定。
当希望例如在关停该设备前从冷却器中尽可能多地排出铁矿石时，也可以将控制线路的设定值改变到比通常值低的料位，结果是经由LSP从冷却器排出更多的铁矿石，直到达到新的料位设定值。
相反，当在提升管顶部之后妨碍出料时，可增加冷却器中的料位设定值历时一定时间。则，更少或根本没有铁矿石会通过LSP从冷却器中排出，结果是在冷却器中的料位上升并且矿石专门储存在那里。
水合物旁路
在此，原则上如DE 195 42 309 A1所述(参照图3)，利用本发明以传递一部分水合物料流通过煅烧设备的炉子。为此目的，将预热并预先干燥了的水合物的部分料流移出，以使得本发明的下料器21总是被完全装满。随后固体经由提升管23输送到混合槽27(混合罐)中，在那里它们被处理。
下料器21的直径DD＝0.2m且下料器高度HD＝8m。在它的底部，直径DR＝0.1m的提升管与下料器21齐平连接。提升管23的长度HR＝10m。因此，提升管顶部位于流化通道中的料位上方约2m处。流化通道中的压力为约环境压力，而提升管顶部的压力相当于具有0.14巴的超压的混合槽中的压力。
在此，固体流量在0t/h与10t/h之间改变，以使得混合槽中的温度保持处于恒定的设定值，在该混合槽中输送的固体与来自炉子的热固体混合。在这种情况下，控制变量因此为混合槽中的温度。此温度由穿过水合物旁路流入混合槽中的水合物与从炉子流入到混合槽中的氧化铝的质量流量比决定。控制线路执行用于LSP的输送空气的控制阀30，因为来自炉子的氧化铝质量流量和穿过水合物旁路的水合物质量流量两者都不能容易地测量。另一方面，混合槽中的温度测量能非常容易地实现。对于850℃的混合槽温度，当氧化铝的总产量为78t/h时，需要约8t/h的水合物质量流量穿过该旁路。为此目的，在LSP中需要约120Nm3/h的输送空气。
附图标记列表
1 流化床槽
2 流化床
3 固体供应管路
4 用于流化床的流化气体的供应管路
5 气体分配器
6 下料器
7 下料器的顶部
8 下料器的底部
9 提升管
10 提升管的底部
11 提升管的顶部
12 排料罐
13 斜槽
14 喷嘴
15 管路
16 控制阀
17 压力差测量设备
20 流化通道
21 下料器
22 底部
23 提升管
24 喷嘴
25 膨胀槽
26 传送管路
27 混合槽
28 管路
29 温度测量设备
30 控制阀
31 供应管路

Claims (15)

1.控制混合槽中的温度和/或混合比的方法，其中第一固体料流经由下料器从槽中移出，其中从所述槽中移出的所述固体料流通过供应输送气体在所述下料器的底部流态化并经由从所述下料器分叉的提升管运输到所述混合槽中，在所述混合槽中所述固体料流与不同温度的第二固体料流混合，其中穿过所述提升管输送的固体料流的量通过供应所述输送气体来控制，其中测量所述混合槽中的温度，且其中将所测量的温度用作所述输送气体的供应的控制变量。
2.权利要求1的方法，其特征在于保持所述下料器的底部与顶部之间的压力差小于与流态化下料器相对应的压力损失。
3.控制混合槽(27)中的温度和/或混合比的装置，其中所述混合槽(27)供应有经由下料器(21)来自流化床槽(20)的第一固体料流并供应有具有不同温度的第二固体料流，其中从所述流化床中移出的所述第一固体料流通过供应流化气体在所述下料器(21)的底部流态化并经由从所述下料器(21)分叉的提升管(23)运输到所述混合槽(27)中，在所述混合槽中所述第一固体料流与所述第二固体料流混合，其特征在于在所述混合槽(27)处提供温度测量设备(29)，特征在于所述输送气体流的供应经由控制阀(30)实现，和特征在于所述控制阀(30)的开启位置可基于借助于所述温度测量设备(29)测量的温度经由控制线路控制。
4.权利要求3的装置，其特征在于所述输送气体流的供应经由至少一个喷嘴(14，24)实现。
5.权利要求4的装置，其特征在于所述至少一个喷嘴(14，24)向下倾斜。
6.权利要求3的装置，其特征在于所述输送气体流的供应经由流化织物实现。
7.权利要求3的装置，其特征在于所述下料器(6，21)相对于垂直线倾斜不多于45°。
8.权利要求3的装置，其特征在于所述提升管(9，23)大致垂直地安排。
9.权利要求3的装置，其特征在于所述提升管(9，23)的高度(HR)大于所述下料器(6，21)的高度(HD)。
10.权利要求3的装置，其特征在于所述下料器(6，21)的直径(DD)大于或等于所述提升管(9，23)的直径(DR)。
11.权利要求3的装置，其特征在于所述下料器(6，21)的直径(DD)为所述提升管(9，23)的直径(DR)的两倍大。
12.权利要求3的装置，其特征在于所述提升管(9，23)通向排料槽(12)。
13.权利要求3的装置，其特征在于所述下料器(6，21)中和/或所述提升管(9，23)中提供有换热器或所述下料器和/或所述提升管本身构成换热器。
14.权利要求3的装置，其特征在于两个或更多个下料器(6)从所述固体槽(1)分叉。
15.权利要求14的装置，其特征在于所述下料器(6)在不同料位处与所述固体槽连接。
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