CN105223104B - 流化床冷热双模实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型流化床冷热双模实验装置，采用对开式主体加热和气体加热装置，满足常温或高温试验的检测需求。常温试验时打开两个半扇加热炉体，石英玻璃反应炉管在中间。气体从石英玻璃反应炉管底部吹入，通过网格筛板进入石英玻璃反应管内，粉料通过给料器从侧面喷入炉管内与气体混合，在反应管内混合流化悬浮。把加热炉的两个半扇炉体合为一体，开启计算机进入实验界面，炉体升温，进行高温条件下粉状物料的流化悬浮试验。本发明的流化床实验装置可以进行冷态试验，也可以进行高温试验；本装置可采用计算机、可编程控制器和组态软件组成的自动控制系统，自动化程度高，测量准确，重复性好。

Description

流化床冷热双模实验装置

技术领域

本发明属于反应装置领域，涉及一种流化床冷热双模实验装置。针对研究粉状物料在不同的温度和不同气氛条件下粉状物料产生反应的过程，研究气体量和粉料量在不同温度条件下产生流化悬浮状态的技术参数。

背景技术

传统的高炉炼铁工艺需要焦化、烧结工序，投资大、流程长、能耗高、污染严重。高炉炼铁工艺生存空间大为缩小，己不能适应当前社会和经济的发展需求。赤铁矿是炼铁的主要原料之一，目前处理这种弱磁性的铁矿都是经选矿后得到铁精矿，然后进行造块，最后进入高炉炼铁,这一过程不仅能耗大、环境污染严重，而且产值效率不高，对资源能源浪费严重。随着人们对资源合理应用、环境保护等方面的重新认识，传统的工艺流程己经无法满足现代社会的经济和社会发展的要求，所以发展新的炼铁工艺，充分利用赤铁矿资源，促进钢铁工业的可持续发展，具有重要意义。

将赤铁矿粉磨后不经选矿，直接在新的炼铁工艺中进行冶炼得到金属化率较高的直接还原铁。这种直接还原铁含碳量比生铁低，具有很高的反应活性和优良的物化性能，可以作为优质废钢的替代品直接进入炼钢环节，尤其可以用来生产优特钢、特殊钢。这样既可以有效利用难选的赤铁矿，又能解决我国优质废钢严重短缺的问题，因此，研究对赤铁矿的直接还原对我国的资源优化利用和钢铁企业的可持续发展都具有重要意义。

悬浮态焙烧是在近年来新提出的一种焙烧工艺，固体物料在高温下不发生熔融的条件下进行的反应过程。气体和固体颗粒相互剧烈运动的状态下进行焙烧，颗粒与颗粒之间脱离接触，颗粒悬浮在气流中。与竖炉、回转窑等焙烧工艺相比具有气固接触面积大、传质传热迅速、反应速度快、焙烧能耗小等优点，从而从根本上解决生产工艺能耗高、环境污染严重等问题。

基于以上现状，本发明提供一种流化床冷热双模实验装置，进行悬浮态焙烧技术研究，该实验装置能够模拟流化床悬浮态氧化焙烧或还原铁精矿粉，主要研究铁精矿粉不同粒度、不同反应时间、不同反应温度、以及不同的气体成份和流量等因素对焙烧或还原的影响。通过改变不同粉状物料的悬浮焙烧条件，对悬浮焙烧过程的热力学和动力学、悬浮焙烧的机理进行深入研究。

发明内容

本发明提供一种流化床冷热双模实验装置，该设备可以进行冷态试验，也可以进行高温试验。

本发明所采用的技术方案是：

流化床冷热双模实验装置，包括加热炉系统、气体加热装置、反应炉管系统、旋风除尘器、风箱和支持装置；

所述加热炉系统包括加热炉、炉体发热元件、炉体耐火材料构件和炉体控温热电偶；

所述反应炉管系统包括反应管、检测物料热电偶、反应管上端密封填料、检测物料温度热电偶密封螺母、反应管上端密封压盖、反应管密封填料、反应物料进气口、网格筛板、反应管固定结构；

所述反应管固定结构包括反应管固定基座、反应管固定基座压盖、反应管下端基座压盖、反应管上端变径装置、反应管下端变径底座；

所述支持装置包括主体脚轮、主体底盘、直线滑道、炉体开启支撑框架、主体立柱、摄像装置；

所述加热炉为对开式主体加热炉，由左侧炉体和右侧炉体组成，左侧炉体和右侧炉体都为半圆形结构；所述炉体耐火材料构件、炉体发热元件、气体加热装置、炉体控温热电偶和反应管位于加热炉内，气体加热装置位于加热炉内壁与炉体发热元件之间，反应管位于加热炉内中间位置，炉体耐火材料构件为半圆形结构；

所述主体底盘位于装置整体的下部，所述主体底盘下安装有主体脚轮，主体底盘上固定设置有主体立柱和炉体开启支撑框架，炉体开启支撑框架由4根固定立柱构成，每根固定立柱上都安装有直线滑道，所述直线滑道包括滑道上固定架、炉体开启滑块和滑道下固定架；所述滑道上固定架上安装有炉体开启滑块，炉体开启滑块固定在加热炉上，炉体开启支撑框架通过直线滑道与加热炉相连接；所述主体立柱上安装有旋风除尘器和反应管固定结构；所述旋风除尘器与反应管上部相通；

所述检测物料热电偶位于反应管内，反应管上端设置有检测物料温度热电偶密封螺母、反应管上端密封填料、反应管上端变径装置、反应管固定基座、反应管固定基座压盖；反应管下端设置有反应管下端变径底座、反应管密封填料、反应管下端基座压盖，在反应管下端侧面设置有反应物料进气口；

在所述反应管下方设置有风箱，风箱中设有检测风温热电偶，检测风温热电偶通过热电偶密封螺母固定在风箱中；所述网格筛板位于风箱和反应管之间；

底盘上安装4根能够对开加热炉体的固定立柱，在固定立柱上安装直线滑道，滑道上固定架上安装有炉体开启滑块，炉体开启滑块固定在半圆型的炉体上，确保对开炉体时平稳。炉体控温热电偶、检测物料热电偶、检测风温热电偶分别检测炉膛温度、反应管内温度和热风温度。为保障气体温度少散失，气体加热装置在炉内，采用高温合金材料，利用加热的剩余热量加热气体。底盘上安装主体立柱，在主体立柱上安装旋风除尘器，在主体立柱上安装反应管的固定结构。装置设有反应管变径装置即反应管上端变径装置和反应管下端变径底座，可以根据不同试验条件调整反应管直径大小进行实验。

所述反应管为石英玻璃反应管；

所述炉体发热元件采用硅碳棒；

所述气体加热装置采用高温合金钢材料；

所述网格筛板为陶瓷网格筛板。

一种流化床冷热双模实验装置，其工作方法为在常温试验时，打开加热炉的左侧炉体和右侧炉体，可以进行冷态模式试验，气体通过风箱及网格筛板进入反应管内，粉料通过反应物料进气口从侧面喷入与气体混合，在反应管内混合流化；通过反应管观测反应管内粉状物料与气体混合后的流化状况，研究确定其常温下物料流化悬浮状态的技术参数，为高温实验提供参考依据；反应后气体通过反应管的上部进入旋风除尘器，通过旋风除尘器收尘，将废气排出；

高温实验时将加热炉的左侧炉体和右侧炉体合为一体，炉体发热元件对炉内进行加热，气体加热装置利用炉内热量提供高温气流，炉体升温后进行高温条件下粉状物料的流化实验；高温实验时为了能够观察到反应管内物料变化的情况，在炉壳上安装摄像装置，通过摄像装置观测反应管内的试验状况；利用计算机观察其变化情况。采用质量流量控制器，精确控制气体流量。装置设有反应管上端变径装置、反应管下端变径底座，石英玻璃反应管管变径结构可以更换不同的直径反应炉管，能够根据试验条件调整炉管直径大小。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本发明的流化床实验装置可以进行冷态试验，也可以进行高温试验；实验装置结构合理紧凑，装置设有反应管变径装置，可以根据不同试验条件调整反应管直径大小进行实验；本装置可采用计算机、可编程控制器和组态软件组成的自动控制系统，自动化程度高，测量准确，重复性好。热电偶、控温装置、温度模块性能稳定，可以长期稳定工作；整体性灵活、检验精度高、自动化程度高。

附图说明

图1为本发明流化床冷热双模实验装置的结构示意图；

图中：1、 主体脚轮， 2、主体底盘， 3、检测风温热电偶，4、热电偶密封螺母 ，5、风箱，6、炉体耐火材料构件，7、气体加热装置，8、炉体发热元件，9、反应管，10、检测物料热电偶， 11、炉体开启滑块， 12、滑道上固定架， 13、反应管固定基座压盖，14、反应管上端密封填料， 15、反应管上端变径装置， 16、反应管固定基座， 17、检测物料温度热电偶密封螺母，18、反应管上端密封压盖，19、旋风除尘器， 20、炉体控温热电偶，21、反应管下端基座压盖， 22、滑道下固定架， 23、反应管密封填料， 24、反应物料进气口， 25、反应管下端变径底座， 26、陶瓷网格筛板， 27、炉体开启支撑框架， 28、左侧炉体，29、右侧炉体，30、半圆形耐火材料， 31、摄像装置，32、主体立柱，33、固定立柱。

具体实施方式

流化床冷热双模实验装置，包括加热炉系统、气体加热装置7、反应炉管系统、旋风除尘器19、风箱5和支持装置；所述加热炉系统包括加热炉、炉体发热元件8、炉体耐火材料构件6和炉体控温热电偶20；所述反应炉管系统包括反应管9、检测物料热电偶10、反应管上端密封填料14、检测物料温度热电偶密封螺母17、反应管上端密封压盖18、反应管密封填料23、反应物料进气口24、网格筛板26、反应管固定结构；所述反应管固定结构包括反应管固定基座16、反应管固定基座压盖13、反应管下端基座压盖21、反应管上端变径装置15、反应管下端变径底座25；所述支持装置包括主体脚轮1、主体底盘2、直线滑道、炉体开启支撑框架27、主体立柱32；所述加热炉为对开式主体加热炉，由左侧炉体28和右侧炉体29组成；所述炉体耐火材料构件6、炉体发热元件8、气体加热装置7、炉体控温热电偶20和反应管9位于加热炉内，气体加热装置7位于加热炉内壁与炉体发热元件8之间，反应管9位于加热炉内中间位置； 所述主体底盘2位于装置整体的下部，所述主体底盘2下安装有主体脚轮1，主体底盘2上固定设置有主体立柱32和炉体开启支撑框架27，炉体开启支撑框架27由4根固定立柱33构成，每根固定立柱33上都安装有直线滑道，所述直线滑道包括滑道上固定架12、炉体开启滑块11和滑道下固定架22；所述滑道上固定架12上安装有炉体开启滑块11，炉体开启滑块11固定在加热炉上；所述主体立柱32上安装有旋风除尘器19和反应管固定结构；所述旋风除尘器19与反应管9上部相通；所述检测物料热电偶10位于反应管9内，反应管9上端设置有检测物料温度热电偶密封螺母17、反应管上端密封填料14、反应管上端变径装置15、反应管固定基座16、反应管固定基座压盖13；反应管9下端设置有反应管下端变径底座25、反应管密封填料23、反应管下端基座压盖21，在反应管9下端侧面设置有反应物料进气口24；在所述反应管9下方设置有风箱5，风箱5中设有检测风温热电偶3，检测风温热电偶3通过热电偶密封螺母4固定在风箱5中；所述网格筛板26位于风箱5和反应管9之间。

流化床冷热双模实验装置，其工作方法为在常温试验时，打开加热炉的左侧炉体28和右侧炉体29，可以进行冷态模式试验，气体通过风箱5及网格筛板26进入反应管9内，粉料通过反应物料进气口24从侧面喷入与气体混合，在反应管9内混合流化；反应后气体通过反应管9的上部进入旋风除尘器19，通过旋风除尘器19收尘，将废气排出；高温实验时将加热炉的左侧炉体28和右侧炉体29合为一体，炉体发热元件8对炉内进行加热，气体加热装置7利用炉内热量提供高温气流，炉体升温后进行高温条件下粉状物料的流化实验。

所述反应管9为石英玻璃反应管，在常温试验时，通过反应管9观测反应管内粉状物料与气体混合后的流化状况，

所述左侧炉体28上安装有摄像装置31，在高温试验条件下，通过摄像装置31观测炉内试验状况。

所述炉体发热元件8采用硅碳棒；

所述气体加热装置7采用高温合金钢材料；

所述网格筛板26为陶瓷网格筛板。

检测流化床冷热双模实验装置的试验是这样实现的。

在做常温试验时，左右分开两瓣式加热炉，通电启动计算机进入实验界面，开通气源往反应管9缓慢进气，通过粉料给料器往反应管喷吹粉料，能够看到中间石英玻璃反应管9内物料与气流混合后悬浮流动的状况。在稳定条件下，研究确定其常温下物料流化悬浮状态的技术参数。为高温实验提供参考依据。试验结束时停止喷粉后关闭气源。

在做高温试验时，合上加热炉体，通电启动计算机进入实验界面，炉体升温进行高温试验。在升温的过程中通少量气体，达到试验温度时，开通气源往反应管9缓慢进气，然后通过粉料给料器往反应管9喷粉料，通过摄像装置31能够看到中间石英玻璃反应管9内的物料悬浮流动的状况。在稳定条件下取样通过化验分析，研究确定其高温反应条件物料的性能变化，为粉状物料的利用提供参考依据。试验结束时停止喷粉后关闭电源、气源。

在装置安装通风系统，保证试验废气排到室外。

本装置采用计算机、可编程控制器和组态软件组成的自动控制系统。自动化程度高，测量准确，重复性好。气体质量流量控制器，自动调节、控制试验气体成分比例。热电偶、控温装置、温度模块性能稳定，可以长期稳定工作。

Claims (7)

1.流化床冷热双模实验装置，包括加热炉系统、气体加热装置（7）、反应炉管系统、旋风除尘器（19）、风箱（5）和支持装置；

所述加热炉系统包括加热炉，其特征在于：所述加热炉系统还包括炉体发热元件（8）、炉体耐火材料构件（6）和炉体控温热电偶（20），

所述反应炉管系统包括反应管（9）、检测物料热电偶（10）、反应管上端密封填料（14）、检测物料温度热电偶密封螺母（17）、反应管上端密封压盖（18）、反应管密封填料（23）、反应物料进气口（24）、网格筛板（26）、反应管固定结构；所述反应管固定结构包括反应管固定基座（16）、反应管固定基座压盖（13）、反应管下端基座压盖（21）、反应管上端变径装置（15）、反应管下端变径底座（25）；

所述支持装置包括主体脚轮（1）、主体底盘（2）、直线滑道、炉体开启支撑框架（27）、主体立柱（32）；所述加热炉为对开式主体加热炉，由左侧炉体（28）和右侧炉体（29）组成；所述炉体耐火材料构件（6）、炉体发热元件（8）、气体加热装置（7）、炉体控温热电偶（20）和反应管（9）位于加热炉内，气体加热装置（7）位于加热炉内壁与炉体发热元件（8）之间，反应管（9）位于加热炉内中间位置；所述主体底盘（2）位于装置整体的下部，所述主体底盘（2）下安装有主体脚轮（1），主体底盘（2）上固定设置有主体立柱（32）和炉体开启支撑框架（27），炉体开启支撑框架（27）由4根固定立柱（33）构成，每根固定立柱（33）上都安装有直线滑道，所述直线滑道包括滑道上固定架（12）、炉体开启滑块（11）和滑道下固定架（22）；所述滑道上固定架（12）上安装有炉体开启滑块（11），炉体开启滑块（11）固定在加热炉上；所述主体立柱（32）上安装有旋风除尘器（19）和反应管固定结构；

所述旋风除尘器（19）与反应管（9）上部相通；所述检测物料热电偶（10）位于反应管（9）内，反应管（9）上端设置有检测物料温度热电偶密封螺母（17）、反应管上端密封填料（14）、反应管上端变径装置（15）、反应管固定基座（16）、反应管固定基座压盖（13）；反应管（9）下端设置有反应管下端变径底座（25）、反应管密封填料（23）、反应管下端基座压盖（21），在反应管（9）下端侧面设置有反应物料进气口（24）；

所述反应管（9）下方设置有风箱（5），风箱（5）中设有检测风温热电偶（3），检测风温热电偶（3）通过热电偶密封螺母（4）固定在风箱（5）中；所述网格筛板（26）位于风箱（5）和反应管（9）之间。

2.一种权利要求1所述的流化床冷热双模实验装置，其特征在于，其工作方法为在常温试验时，打开加热炉的左侧炉体（28）和右侧炉体（29），可以进行冷态模式试验，气体通过风箱（5）及网格筛板（26）进入反应管（9）内，粉料通过反应物料进气口（24）从侧面喷入与气体混合，在反应管（9）内混合流化；反应后气体通过反应管（9）的上部进入旋风除尘器（19），通过旋风除尘器（19）收尘，将废气排出；高温实验时将加热炉的左侧炉体（28）和右侧炉体（29）合为一体，炉体发热元件（8）对炉内进行加热，气体加热装置（7）利用炉内热量提供高温气流，炉体升温后进行高温条件下粉状物料的流化实验。

3.根据权利要求1或2所述的流化床冷热双模实验装置，其特征在于，所述反应管（9）为石英玻璃反应管，在常温试验时，通过反应管（9）观测反应管内粉状物料与气体混合后的流化状况。

4.根据权利要求1或2所述的流化床冷热双模实验装置，其特征在于，所述左侧炉体（28）上安装有摄像装置（31），在高温试验条件下，通过摄像装置（31）观测炉内试验状况。

5.根据权利要求1或2所述的流化床冷热双模实验装置，其特征在于，所述炉体发热元件（8）采用硅碳棒。

6.根据权利要求1或2所述的流化床冷热双模实验装置，其特征在于，所述气体加热装置（7）采用高温合金钢材料。

7.根据权利要求1或2所述的流化床冷热双模实验装置，其特征在于，所述网格筛板（26）为陶瓷网格筛板。