CN110801786A - 一种固体颗粒床布气系统和布气方法 - Google Patents

一种固体颗粒床布气系统和布气方法 Download PDF

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Abstract

一种固体颗粒床布气系统和布气方法，包括稳压系统、稳流系统、气体分布系统、喷射腔、固体颗粒容器和固体颗粒。本发明通过分级分控的具有特殊立体结构的布气系统，实现了对固体颗粒床自动、连续、稳定、均匀的布气和反应气体供给，解决了目前固体颗粒床布气过程中出现的布气不匀、堵塞和磨损等问题。进一步的通过设置具有特定立体结构的气体分布系统和布气喷射器，确保了布气系统的末端气速，极大的减少了系统堵塞的概率，最大程度的避免了布气喷射器的颗粒磨蚀。本发明的自动化程度高、适用范围广，大大降低了操作强度，提升了工艺流程的可靠性，适用于大多数固体颗粒床层在常压和高温、高压苛刻条件下的布气和反应气体供给。

Description

一种固体颗粒床布气系统和布气方法
技术领域
本发明涉及能源化工领域的布气系统和布气方法，具体涉及一种固体颗粒床布气系统和布气方法。
背景技术
固体颗粒床涉及复杂的气固两相流过程，床层的松动和反应气体供给系统是包括固定床、沸腾床、输运床、流化床和气流床等固体颗粒床重要的配套系统，良好的固体颗粒床布气系统能够建立完善的流化场并提供满足工艺要求的反应气体供给，保证反应过程按照工艺要求进行。
现有公开的技术，固体颗粒床层布气方法主要存在如下问题：一、很难实现均匀稳定的布气，由于下游床层性质复杂，导致现有的布气技术的均一性和灵活性很难实现，床层容易出现局部布气不匀，出现局部热点；二、固体颗粒容易堵塞布气管道，由于床层由不同粒径的颗粒构成，布气系统的末端很容易被堵塞，导致现有的布气技术的稳定性难以满足工业化生产的要求；三、布气系统末端容易磨损且难以置换，现有技术的布气喷嘴与固体颗粒直接接触，高速运动的颗粒极易导致布气喷嘴等末端系统磨损，且多采用固定式设计，一旦出现故障极难更换和维修。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对不同性质床层实现均匀布气，提升了末端气速，极大减少了系统的堵塞，也明显降低了末端布气系统磨损的固体颗粒床布气系统和布气方法。
为达到上述目的，本发明的固体颗粒床布气系统包括稳压系统、稳流系统、气体分布系统、喷射腔、固体颗粒容器和固体颗粒；
所述的稳压系统包括依次与气源相连的截压器、控压器和压力变送器；
所述的稳流系统包括自来流方向依次相连的截流器、控流器和流量变送装置；
所述的稳压系统中的压力变送器通过管道连接并联的N组稳流系统中的截流器；
所述的气体分布系统包括自来流方向依次相连的流量精控器、远传流量变送器、流量自控阀、防倒流装置和布气喷射器；
所述的每组稳流系统中的流量变送装置通过管道连接并联的M组气体分布系统中的流量精控器；
所述的固体颗粒容器的壁面倾斜向下设置有M×N个与气体分布系统相匹配的布气喷射腔，布气喷射器向下倾斜插入布气喷射腔，通过布气喷射腔与固体颗粒容器内的固体颗粒直接接触。
所述的布气喷射器采用快速插拔的独立结构，由依次相连的快拆法兰、法兰连接管、端面盖板，喷射器主管组成，喷射器主管长为L，直径为S，长(L)径(S)比为10～50，开口夹角为γ＝10°～70°，所述的防倒流装置与布气喷射器的法兰连接管垂直连接，防倒流装置采用升降式止回阀、旋启式止回阀和蝶形止回阀的一种或多种的组合。
所述的布气喷射腔倾斜向下β＝10°～70°设置在固体颗粒容器壁面上，布气喷射器的喷射器主管套装在布气喷射腔的喷射器承插室内，且喷射器主管相对于喷射器承插室与固体颗粒容器内壁的交界面内缩K＝0.05～0.2L，喷射器承插室的内径为D＝1.05～1.30S。
所述的气体分布系统的流量精控器与远传流量变送器之间还垂直连接有快接装置。
所述的稳流系统N为1～50组，所述的每组稳流系统对应的气体分布系统M为1～50组。
所述的气体分布系统的流量精控阀水平设置，流量精控阀所在管线与远传流量变送器所在管线夹角为α＝10°～80°。
所述的控流器为截止阀、闸阀、球阀、恒流阀或针型阀；
所述的流量变送装置为差压式流量计、转子流量计、质量流量计、电磁流量计或涡街流量计；
所述的流量精控阀为截止阀、闸阀、球阀、恒流阀或针型阀；
所述的远传流量变送器为差压式流量计、转子流量计、质量流量计、电磁流量计或涡街流量计。
所述的气源为氮气、氧气、蒸汽、合成气、一氧化碳、氢气、甲烷、空气、二氧化碳、烟气、氦气或氩气的一种或多种混合物。
所述的固体颗粒容器为固定床、沸腾床、输运床、流化床和气流床的一种或多种的组合；
所述的固体颗粒为煤、焦末、油页岩、石油焦、干污泥、石英砂、催化剂、塑料、垃圾和生物质中的一种或多种混合物颗粒。
基于以上系统的固体颗粒床布气方法，包括以下步骤：
1)气源经截压器、控压器调节到所需压力后，将控压器和压力变送器组成的控制回路切换到自动状态；
2)将并联的N组稳流系统和M×N组气体分布系统的阀门全开；
3)调节N组稳流系统上的控流器，使得N组稳流系统上分配流量变送装置显示的数值达到工艺需要；
4)调节M×N组气体分布系统上的流量精控阀和流量自控阀，使得M×N组气体分布系统上远传流量变送器显示的数值达到工艺需要。
本发明解决现有技术在固体颗粒床布气过程中出现的布气不匀、堵塞和磨损等问题，实现针对不同性质床层进行均匀布气的目的。
本发明的有益效果在于：
本发明包含稳压系统、稳流系统、气体分布系统、喷射腔在内的分级分控固体颗粒床布气系统，依据固体颗粒床特性定制设计的布气系统和方法成功的实现了对固体颗粒床自动、连续、稳定、均匀的布气和反应气体供给，解决了长久以来困扰气固两相流领域的布气不匀问题，该系统的自动化程度高、适用范围广，大大降低了操作强度，提升了工艺流程的可靠性。
进一步的通过设置具有特定立体结构的气体分布系统和布气喷射器，确保了布气系统的末端气速，极大的减少了系统堵塞的概率，最大程度的避免了布气喷射器的颗粒磨蚀。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图中：1、气源；2、截压器；3、控压器；4、压力变送器；5、稳压系统；6、截流器；7、控流器；8、流量变送装置；9、稳流系统；10、流量精控器；11、快接装置；12、远传流量变送器；13、流量自控阀；14、防倒流装置；15、布气喷射器；16、气体分布系统；17、固体颗粒容器；18、喷射腔；19、固体颗粒；20、M组；21、N组。
图2为本发明中布气喷射器15的结构示意图。
图中：22、快拆法兰；23、法兰连接管；24、端面盖板；25、喷射器主管。
图3为本发明中喷射腔18的结构示意图。
图中：18、喷射腔；25、喷射器主管；26、喷射器承插室。
具体实施方式
本发明的总体结构不同于传统的布气系统，主要区别在于该布气系统由稳压系统5、N组稳流系统9、M组气体分布系统16和喷射腔18构成，可根据不同的固体颗粒床、末端气速要求和气体分布需求进行定制式设计，选取不同的N、M值，形成分级分控的具有特殊立体结构的布气系统，可实现针对不同性质床层进行自动、连续、稳定的均匀和非均匀的布气和反应气体供给的目的。
参见图1，以M＝4、N＝4的布气系统为例，对本发明作进一步详细描述。
一种固体颗粒床布气系统，包括稳压系统5、稳流系统9、气体分布系统16、喷射腔18、固体颗粒容器17和固体颗粒19。
稳压系统5由气源1、截压器2、控压器3和压力变送器4通过管道依次相连，稳压系统5主要是通过控压器3和压力变送器4组成的自控回路保证稳定的供气压力；稳压系统5的末端分为并联的4个支路，每个支路上均连接有由截流器6、控流器7和流量变送装置8依次相连组成的稳流系统9，稳流系统9主要是控制主支路上稳定的流量；每组稳流系统9的末端又分为并联的4个支路，每个支路上均连接有由流量精控器10、远传流量变送器12、流量自控阀13、防倒流装置14、布气喷射器15和垂直连接于远传流量变送器12之前的快接装置11组成的气体分布系统16，固体颗粒容器17的壁面倾斜向下β＝10°～70°设置有4个与气体分布系统16相匹配的布气喷射腔18，布气喷射器15向下倾斜插入布气喷射腔18，通过布气喷射腔18与固体颗粒容器17内的固体颗粒19直接接触。调节流量精控器10和流量自控阀13使得4×4组共16组气体分布系统16上的流量达到工艺要求。
气体分布系统16具有特殊的立体结构，流量精控阀10水平设置，流量精控阀10所在管线与远传流量变送器12所在管线夹角为α＝10°～80°，气体分布系统16的特殊立体结构和防倒流装置14，可以形成特殊的固体封闭系统，防止固体颗粒堵塞气体分布系统16的末端管道和布气喷射器15。
参见图2，对本发明的布气喷射器15由依次相连的快拆法兰22、法兰连接管23、端面盖板24，喷射器主管25构成；喷射器主管25长为L，直径为S，长L径S比为10～50，开口夹角为γ＝10°～70°；通过快拆法兰22、法兰连接管23和端面盖板24的特殊结构设计，可实现布气喷射器15的快速拆卸和替换；通过长L径S比和开口夹角γ的特殊设计，保证了末端气速，同时可最大程度的避免颗粒磨蚀。
参见图3，对本发明布气喷射器15的喷射器主管25套装在布气喷射腔18的喷射器承插室26内，且喷射器主管25相对于喷射器承插室26与固体颗粒容器17内壁的交界面内缩K＝0.05～0.2L，喷射器承插室26的内径为D＝1.05～1.30S。针对不同的固体颗粒床，优选K和D的取值，可以在实现高效布气的前提下，最大程度的避免颗粒磨蚀。
本发明的固体颗粒床布气系统的布气方法，包括以下步骤：
1)气源1经稳压系统5上的截压器2、控压器3调节到工艺所需压力后，将控压器3和压力变送器4组成的控制回路切换到自动状态；
2)将4×4组共16组气体分布系统16的流量精控阀10和流量自控阀13全开，保证下游气路通畅；
3)本发明的布气系统和布气方法为依据床层性质和工艺需求设计的分层分级装置，根据不同的床层，可调节4组稳流系统9上的控流器7使得4组稳流系统9上分配的流量相同或不同，直到4组稳流系统9的流量变送装置8的数值达到工艺需要；
4)调节4×4组共16组气体分布系统16上的流量精控阀10和流量自控阀13，使得4×4组共16组气体分布系统16上的流量依据工艺要求相同或不同，直到4×4组共16组气体分布系统16上的远传流量变送器12显示的数值达到工艺需要。
本发明的布气系统和布气方法适用于常压或高压的固定床、沸腾床、输运床、流化床和气流床的一种或多种的组合；床层可为煤、焦末、油页岩、石油焦、干污泥、石英砂、催化剂、塑料、垃圾和生物质中的一种或多种的颗粒状混合物。

Claims (10)

1.一种固体颗粒床布气系统，其特征在于：包括稳压系统(5)、稳流系统(9)、气体分布系统(16)、喷射腔(18)、固体颗粒容器(17)和固体颗粒(19)；
所述的稳压系统(5)包括依次与气源(1)相连的截压器(2)、控压器(3)和压力变送器(4)；
所述的稳流系统(9)包括自来流方向依次相连的截流器(6)、控流器(7)和流量变送装置(8)；
所述的稳压系统(5)中的压力变送器(4)通过管道连接并联的N组(21)稳流系统(9)中的截流器(6)；
所述的气体分布系统(16)包括自来流方向依次相连的流量精控器(10)、远传流量变送器(12)、流量自控阀(13)、防倒流装置(14)和布气喷射器(15)；
所述的每组稳流系统(9)中的流量变送装置(8)通过管道连接并联的M组(20)气体分布系统(16)中的流量精控器(10)；
所述的固体颗粒容器(17)的壁面倾斜向下设置有M×N个与气体分布系统(16)相匹配的布气喷射腔(18)，布气喷射器(15)向下倾斜向下插入布气喷射腔(18)，通过布气喷射腔(18)与固体颗粒容器(17)内的固体颗粒(19)直接接触。
2.根据权利要求1所述的固体颗粒床布气系统，其特征在于：所述的布气喷射器(15)采用快速插拔的独立结构，由依次相连的快拆法兰(22)、法兰连接管(23)、端面盖板(24)，喷射器主管(25)组成，喷射器主管(25)长为L，直径为S，长(L)径(S)比为10～50，开口夹角为γ＝10°～70°，所述的防倒流装置(14)与布气喷射器(15)的法兰连接管(23)垂直连接，防倒流装置(14)采用升降式止回阀、旋启式止回阀和蝶形止回阀的一种或多种的组合。
3.根据权利要求2所述的固体颗粒床布气系统，其特征在于：所述的布气喷射腔(18)倾斜向下β＝10°～70°设置在固体颗粒容器(17)壁面上，布气喷射器(15)的喷射器主管(25)套装在布气喷射腔(18)的喷射器承插室(26)内，且喷射器主管(25)相对于喷射器承插室(26)与固体颗粒容器(17)内壁的交界面内缩K＝0.05～0.2L，喷射器承插室(26)的内径为D＝1.05～1.30S。
4.根据权利要求1所述的固体颗粒床布气系统，其特征在于：所述的气体分布系统(16)的流量精控器(10)与远传流量变送器(12)之间还垂直连接有快接装置(11)。
5.根据权利要求1所述的固体颗粒床布气系统，其特征在于：所述的稳流系统(9)N为1～50组，所述的每组稳流系统(9)对应的气体分布系统M为1～50组。
6.根据权利要求1所述的固体颗粒床布气系统，其特征在于：所述的气体分布系统的流量精控阀(10)水平设置，流量精控阀(10)所在管线与远传流量变送器(12)所在管线夹角为α＝10°～80°。
7.根据权利要求1所述的固体颗粒床布气系统，其特征在于：所述的控流器(7)为截止阀、闸阀、球阀、恒流阀或针型阀；
所述的流量变送装置(8)为差压式流量计、转子流量计、质量流量计、电磁流量计或涡街流量计；
所述的流量精控阀(10)为截止阀、闸阀、球阀、恒流阀或针型阀；
所述的远传流量变送器(12)为差压式流量计、转子流量计、质量流量计、电磁流量计或涡街流量计。
8.根据权利要求1所述的固体颗粒床布气系统，其特征在于：所述的气源(1)为氮气、氧气、蒸汽、合成气、一氧化碳、氢气、甲烷、空气、二氧化碳、烟气、氦气或氩气的一种或多种混合物。
9.根据权利要求1所述的固体颗粒床布气系统，其特征在于：所述的固体颗粒容器(17)为固定床、沸腾床、输运床、流化床和气流床的一种或多种的组合；
所述的固体颗粒(19)为煤、焦末、油页岩、石油焦、干污泥、石英砂、催化剂、塑料、垃圾和生物质中的一种或多种混合物颗粒。
10.一种如权利要求1所述的固体颗粒床布气系统的布气方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)气源(1)经截压器(2)、控压器(3)调节到所需压力后，将控压器(3)和压力变送器(4)组成的控制回路切换到自动状态；
2)将并联的N组(21)稳流系统(9)和M×N组气体分布系统(16)的阀门全开；
3)调节N组(21)稳流系统(9)上的控流器(7)，使得N组(21)稳流系统(9)上分配流量变送装置(8)显示的数值达到工艺需要；
4)调节M×N组气体分布系统(16)上的流量精控阀(10)和流量自控阀(13)，使得M×N组气体分布系统(16)上远传流量变送器(12)显示的数值达到工艺需要。
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