CN105195007B

CN105195007B - 一种循环流化床反应器内构件及其应用

Info

Publication number: CN105195007B
Application number: CN201510535565.4A
Authority: CN
Inventors: 朱廷钰; 徐文青; 黄学静; 荆鹏飞
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2017-09-12
Anticipated expiration: 2035-08-27
Also published as: CN105195007A

Abstract

本发明提供了一种循环流化床反应器内构件及其应用，所述内构件(4)包括连接杆(1)和布风板(3)，布风板(3)为半圆形；布风板(3)直径所在的边固定于连接杆(1)上，连接杆(1)的两端固定于流化床反应器(5)的内壁；布风板(3)的直径小于连接杆(1)的长度，连接杆(1)的长度小于流化床反应器的直径；布风板(3)上开有布风孔(2)。该内构件能够改善气流分布，强化气固两相的动量交换，优化流场；强化气固接触，改善颗粒停留时间分布，提高反应效率，还能够增大固体颗粒吸收剂之间的摩擦，更新固体颗粒表面，提高吸收剂的利用效率。

Description

一种循环流化床反应器内构件及其应用

技术领域

本发明属于化工反应器领域，涉及一种循环流化床反应器内构件及其应用，尤其涉及一种安装在烟气脱硫脱硝的循环流化床底部的内构件及其应用。

背景技术

循环流化床技术因其高效的气固接触效率，被广泛地运用在工业烟气净化领域。随着环保要求的提高，开发操作简单、脱除效率高的脱硫脱硝技术，已经成为环保领域一大研究热点。为了改善气固两相在烟气脱硫脱硝循环流化床反应器内的停留时间分布，可以在循环流化床内设置内构件，以期能够调整流化床内气固流动不均匀这种自然属性，强化气固接触和混合，提高气固传质效率。

目前国内外常见的流化床反应器内构件形式有惯性式内构件、填料式内构件和复合型内构件等。

专利CN 101293189A公开了一种用于循环流化床反应器中的扰流型复合构件，所述构件包括：2～30根圆管、扰流板和导流板。该扰流型复合构件对上下行颗粒群进行有效扰动，并能对气流场的脉动进行调节，有效促进颗粒群更新，能够明显改善气固传质效果。但是这种内构件对强化气固接触作用有限，限制了脱硫脱硝效率的进一步提高。

专利CN 103446877A公开了一种流化床反应器及其内构件，所述流化床反应器包括一塔筒，多个内构件配置于塔筒内。各个内构件包括一结合面、一接触面与一导流面，结合面设置于塔筒的内壁面，接触面与导流面倾斜连接于结合面，并且于接触面与导流面之间形成一反曲点。该专利中设置的内构件使颗粒群在流化床反应器内分布更加均匀，强化了反应器内气固两相的轴向和径向混合，强化了颗粒内循环，提高了截面颗粒浓度，对于浓度场的优化起到了一定的促进作用。但是此内构件由于没有布气装置，气流对内构件会起到一定的磨损。

在实际应用中选择内构件时，应考虑到脱硫脱硝主反应区在循环流化床底部这个特点。因此，开发一种能够增加气固湍动程度，提高气固接触效率，并能够改善颗粒停留时间分布的内构件是很有必要的。

发明内容

针对现有技术中存在的循环流化床反应器内构件对强化气固接触作用有限以及内构件中没有布气装置且内构件易磨损等问题，本发明提供了一种能够提高循环流化床反应器内气固两相接触效率，增强气固两相动量交换的循环流化床反应器内构件。所述内构件集强化气固湍动程度和改善停留时间分布于一体，并带有布风功能，其不仅能够强化气固接触，提高反应效率，还能够增大吸收剂之间的摩擦，更新吸收剂表面，提高吸收剂的利用效率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种循环流化床反应器内构件，所述内构件包括连接杆和布风板，布风板为半圆形；布风板直径所在的边固定于连接杆上，连接杆的两端固定于流化床反应器的内壁；布风板的直径小于连接杆的长度，连接杆的长度小于流化床反应器的直径；布风板上开有布风孔。

本发明中，所述连接杆的两端处于同一水平面上固定于流化床反应器的内壁。

优选地，连接杆的两端通过焊接固定在流化床反应器的内壁。

优选地，所述布风板表面为波浪形曲面。

本发明中，所述布风板的开孔率为40～70％，例如40％、43％、45％、47％、50％、53％、55％、57％、60％、63％、65％、67％或70％等，优选为60％。若布风板的开孔率小于40％，则系统压降过大，增加能耗；若布风板的开孔率大于70％，则反应器底部气流的湍动程度不能得到有效强化，对脱除效率影响有限。

优选地，所述布风板上布风孔呈正三角形或正方形排列。

本发明中，所述布风板直径为流化床反应器直径的0.5～0.9倍，例如0.5倍、0.6倍、0.7倍、0.8倍或0.9倍；若布风板直径太小，则气流会从反应器中心上行，气固动量不能得到有效交换。本领域技术人员在实际生产操作中可以根据需要来选择相应的布风板直径。

优选地，所述布风板的厚度为0.01～0.1m，例如0.01m、0.02m、0.03m、0.04m、0.05m、0.06m、0.07m、0.08m、0.09m或0.1m等，优选为0.1m。

本发明中，所述连接杆的长度为布风板直径的1.1～1.25倍，例如1.1倍、1.12倍、1.14倍、1.15倍、1.16倍、1.18倍、1.2倍、1.23倍或1.25倍等，优选为1.15倍；连接杆的长度决定了连接杆固定在流化床反应器径向截面的位置，连接杆的长度要小于等于流化床反应器的直径，若连接杆的长度超过这一范围，则内构件在流化床反应器内存在安装困难等问题。若连接杆长度小于布风板半径的1.1倍，则内构件与器壁的间隙过大，不利于气固动量交换。

优选地，所述连接杆的径向截面为圆形、正方形或三角形中任意一种，本领域的技术人员可以根据实际生产需要来选择合适的径向截面的形状。

优选地，所述连接杆的材质为陶瓷、玻璃钢或碳钢中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有陶瓷和玻璃钢的组合，玻璃钢和碳钢的组合，陶瓷、玻璃钢和碳钢的组合；更为具体的，连接杆还可以是以玻璃钢作为基底，陶瓷材料作为涂层，或是以碳钢为基底，陶瓷材料作为涂层等。

本发明中，所述内构件安装在距流化床反应器底部0.5～2m处，例如0.5m、0.7m、1.0m、1.3m、1.5m、1.7m或2m处等；其主要是根据脱硫脱硝主反应区在循环流化床底部这个特点来确定的。

本发明中，所述内构件的布风板所在平面与流化床反应器的中心轴线所在平面呈30～90°夹角，例如30°夹角、35°夹角、40°夹角、45°夹角、50°夹角、55°夹角、60°夹角、65°夹角、70°夹角、75°夹角、80°夹角、85°夹角或°夹角等，优选为45°夹角。本领域技术人员可以根据实际的生产需要以及内构件的个数来选择合适的角度。

本发明中，所述布风板的材质为不锈钢、陶瓷、玻璃钢或碳钢中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：不锈钢和陶瓷的组合，陶瓷和玻璃钢的组合，玻璃钢和碳钢的组合，不锈钢、陶瓷和玻璃钢的组合，陶瓷、玻璃钢和碳钢的组合，不锈钢、陶瓷、玻璃钢和碳钢的组合等；更为具体的，连接杆还可以是以玻璃钢作为基底，陶瓷材料作为涂层，或是以碳钢为基底，陶瓷材料作为涂层等。

第二方面，本发明提供了上述循环流化床反应器内构件的用途，其应用于脱硫脱硝循环流化床反应器中。

第三方面，本发明提供了一种应用上述循环流化床反应器内构件制备得到的脱硫脱硝循环流化床反应器，其应用于燃煤锅炉和烧结烟气的脱硫脱硝领域。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明所述的循环流化床反应器内构件可以使气流再分布，强化气固两相的动量交换，优化反应器底部流场。

2、本发明所述的循环流化床反应器内构件可以强化气固两相的湍动程度，促进颗粒摩擦，更新脱硫剂表面，提高了吸收剂的利用效率，使吸收剂的利用率达到80％以上；并且在内构件的作用下，增加了流化床底部颗粒的浓度，改善了颗粒的停留时间分布，从而提高反应效率，使脱除效率达到90％以上。

附图说明

图1是本发明所述循环流化床反应器内构件的俯视结构图；

图2是图1中A-A’截面的剖视图；

图3是本发明实施例1中循环流化床反应器内构件安装示意图；

图4是本发明实施例3中循环流化床反应器内构件安装示意图；

其中，1-连接杆，2-布风孔，3-布风板，4-内构件，5-流化床反应器。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。

如图1和图2所示，图1是本发明所述循环流化床反应器内构件的俯视结构图；图2是图1中A-A’截面的剖视图。

本发明提供了一种循环流化床反应器内构件，所述内构件4包括连接杆1和布风板3，布风板3为半圆形；布风板3直径所在的边固定于连接杆1上，连接杆1的两端固定于流化床反应器5的内壁；布风板3的直径小于连接杆1的长度，连接杆1的长度小于流化床反应器的直径；布风板3上开有布风孔2。

连接杆1的两端处于同一水平面上焊接固定于流化床反应器5的内壁。

布风板3表面为波浪形曲面。

布风板3的开孔率为40～70％，进一步优选为60％。

布风板3上布风孔2呈正三角形或正方形排列。

布风板3直径为流化床反应器5直径的0.5～0.9倍。

布风板3的厚度为0.01～0.1m，优选为0.1m。

连接杆1的长度为布风板3直径的1.1～1.25倍，优选为1.15倍。

连接杆1的径向截面为圆形、正方形或三角形中任意一种。

连接杆1的材质为陶瓷、玻璃钢或碳钢中任意一种或至少两种的组合。

内构件4安装在距流化床反应器5底部0.5～2m处。

内构件4的布风板3所在平面与流化床反应器5的中心轴线所在平面呈30～90°夹角，优选为45°夹角。

布风板3的材质为不锈钢、陶瓷、玻璃钢或碳钢中任意一种或至少两种的组合。

实施例1：

本实施例提供了一种应用于工业烟气脱硫脱硝的循环流化床反应器的内构件。

如图3所示，在流化床反应器5内安装5块尺寸大小相同的内构件4，其中底部两块内构件4的布风板3所在平面与流化床反应器5的中心轴线所在平面呈90°夹角，其余三块布风板3所在平面与流化床反应器5的中心轴线所在平面呈45°夹角；底部两块内构件4可以起到一定程度的布风作用，其余3块内构件4起到一定的扰流作用，增加气固两相的湍动程度。

所述内构件4的布风板3的开孔率为60％，开孔排列方式为正三角形排列；所述内构件4的布风板3的直径为流化床反应器5直径的0.9倍；布风板3的厚度为0.1m；连接杆1的长度为布风板3直径的1.15倍；内构件4安装在距流化床反应器5底部1m处。

所述内构件4的布风板3和连接杆1均匀由陶瓷制成。

最终测得采用内构件4的循环流化床反应器5的吸收剂的利用率为85％，脱除效率为95％。

实施例2：

在流化床反应器5内安装5块尺寸大小相同的内构件4，其中底部两块内构件4的布风板3所在平面与流化床反应器5的中心轴线所在平面呈45°，其余三块布风板3所在平面与流化床反应器5的中心轴线所在平面呈30°夹角；底部两块内构件4可以起到一定程度的布风作用并能增加气固返混，其余3块内构件4起到一定的扰流作用，增加气固两相的湍动程度。

所述内构件4的布风板3的开孔率为40％，开孔排列方式为正方形排列，所述内构件4的布风板3的直径为流化床反应器5直径的0.8倍；布风板3的厚度为0.05m；连接杆1的长度为布风板3直径的1.1倍；内构件4安装在距流化床反应器5底部2m处。

所述内构件4的布风板3和连接杆1均匀由玻璃钢制成。

最终测得采用该内构件4的循环流化床反应器的吸收剂利用率为80％，脱除效率为90％。

实施例3：

本实施例提供了一种脱硫脱硝的循环流化床反应器的内构件。

如图4所示，在流化床反应器5内安装5块尺寸大小不一，角度也各不相同的内构件4。

所述内构件4的布风板3的开孔率为70％，开孔排列方式为正三角形排列；布风板3的厚度为0.01m；连接杆1的长度为布风板3直径的1.25倍；内构件4安装在距流化床反应器5底部0.5m处。

所述内构件4的布风板3和连接杆1均匀由碳钢制成。

最终测得采用该内构件4的循环流化床反应器5的吸收剂利用率为85％，脱除效率为98％。

实施例4：

除内构件4的布风板3的直径为流化床反应器5直径的0.5倍，内构件4的布风板3由不锈钢制成外，其他均匀实施例1中相同。

最终测得采用该内构件4的循环流化床反应器5的吸收剂利用率为80％，脱除效率为90％。综合实施例1-4的结果可以看出，本发明所述的循环流化床反应器内构件可以使气流再分布，强化气固两相的动量交换，优化反应器底部流场。同时，本发明所述的循环流化床反应器内构件可以强化气固两相的湍动程度，促进颗粒摩擦，更新脱硫剂表面，提高了吸收剂的利用效率，使吸收剂的利用率达到80～90％；并且在内构件的作用下，增加了流化床底部颗粒的浓度，改善了颗粒的停留时间分布，从而提高反应效率，使反应效率达到了90～98％。

需要说明的是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.一种循环流化床反应器内构件，其特征在于，所述内构件(4)包括连接杆(1)和布风板(3)，布风板(3)为半圆形；布风板(3)直径所在的边固定于连接杆(1)上，连接杆(1)的两端固定于流化床反应器(5)的内壁；布风板(3)的直径小于连接杆(1)的长度，连接杆(1)的长度小于流化床反应器的直径；布风板(3)上开有布风孔(2)；

所述布风板(3)直径为流化床反应器(5)直径的0.5～0.9倍；

所述连接杆(1)的长度为布风板(3)直径的1.1～1.25倍。

2.根据权利要求1所述的循环流化床反应器内构件，其特征在于，所述连接杆(1)的两端处于同一水平面上固定于流化床反应器(5)的内壁。

3.根据权利要求1所述的循环流化床反应器内构件，其特征在于，连接杆(1)的两端通过焊接固定在流化床反应器(5)的内壁。

4.根据权利要求1所述的循环流化床反应器内构件，其特征在于，所述布风板(3)表面为波浪形曲面。

5.根据权利要求1所述的循环流化床反应器内构件，其特征在于，所述布风板(3)的开孔率为40～70％。

6.根据权利要求5所述的循环流化床反应器内构件，其特征在于，所述布风板(3)的开孔率为60％。

7.根据权利要求1所述的循环流化床反应器内构件，其特征在于，所述布风板(3)上布风孔(2)呈正三角形或正方形排列。

8.根据权利要求1所述的循环流化床反应器内构件，其特征在于，所述布风板(3)的厚度为0.01～0.1m。

9.根据权利要求8所述的循环流化床反应器内构件，其特征在于，所述布风板(3)的厚度为0.1m。

10.根据权利要求1所述的循环流化床反应器内构件，其特征在于，所述连接杆(1)的长度为布风板(3)直径的1.15倍。

11.根据权利要求1所述的循环流化床反应器内构件，其特征在于，所述连接杆(1)的径向截面为圆形、正方形或三角形中任意一种。

12.根据权利要求1所述的循环流化床反应器内构件，其特征在于，所述连接杆(1)的材质为陶瓷、玻璃钢或碳钢中任意一种或至少两种的组合。

13.根据权利要求1所述的循环流化床反应器内构件，其特征在于，所述内构件(4)安装在距流化床反应器(5)底部0.5～2m处。

14.根据权利要求1所述的循环流化床反应器内构件，其特征在于，所述内构件(4)的布风板(3)所在平面与流化床反应器(5)的中心轴线所在平面呈30～90°夹角。

15.根据权利要求14所述的循环流化床反应器内构件，其特征在于，所述内构件(4)的布风板(3)所在平面与流化床反应器(5)的中心轴线所在平面呈45°夹角。

16.根据权利要求1所述的循环流化床反应器内构件，其特征在于，所述布风板(3)的材质为不锈钢、陶瓷、玻璃钢或碳钢中任意一种或至少两种的组合。

17.根据权利要求1-16任一项所述的循环流化床反应器内构件的用途，其应用于脱硫脱硝循环流化床反应器中。

18.一种应用权利要求1-16任一项所述的循环流化床反应器内构件制备得到的脱硫脱硝循环流化床反应器，其应用于燃煤锅炉和烧结烟气的脱硫脱硝领域。