CN112010041B - 物料输送冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及粉煤流化输送冷却技术领域，尤其涉及一种物料输送冷却装置。包括：流化床本体，所述流化床本体内设有分层板，所述分层板将所述流化床本体的内部空间分隔出上层的流化室和下层的气室，且所述分层板包括接料区和围绕所述接料区设置的通气区，所述通气区设有多个连通所述流化室和所述气室的通气孔；下料管，所述下料管的出料口伸入至所述流化室内与所述接料区正对设置，且所述下料管的出料口与所述接料区之间形成物料堆积区域；以及控制气体输送管，所述控制气体输送管的出气口设置于所述物料堆积区域内且朝向所述通气区的上方设置。该物料输送冷却装置实现流化床内高温高压的工作环境下，对物料输送速度的有效控制，提高了物料的流化效果。

Description

物料输送冷却装置

技术领域

本发明涉及粉煤流化输送冷却技术领域，尤其涉及一种物料输送冷却装置。

背景技术

在粉煤热解或不完全气化过程中，会有大量细粉半焦产生，温度通常在600℃～1000℃，并常会伴随超过4MPa的高压工况，高温半焦需冷却后才能进行进一步的处理和利用。流化床冷却器具有物料流动性强，混合剧烈，对流传热效果好的特点，相较于传统换热器，设备体积大幅缩小。因此流化床冷却器逐渐成为高温粉料冷却领域的一个重要选择。

流化床冷却器应用过程中，受高温高压下机械阀门的材料、密封和磨损的限制，物料从反应器或反应炉进入流化床冷器的过程中，难以实现启停控制，这极大的限制了流化床冷区器在高温高压工况下的应用。

发明内容

本发明要解决传统的流化床冷却器由于高温高压环境，无法安装机械阀门，在使用时，物料在进入流化床冷却器的过程中，不能对进料量进行很好的控制问题。

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种物料输送冷却装置，包括：流化床本体，所述流化床本体内设有分层板，所述分层板将所述流化床本体的内部空间分隔出上层的流化室和下层的气室，且所述分层板包括接料区和围绕所述接料区设置的通气区，所述通气区设有多个连通所述流化室和所述气室的通气孔；下料管，所述下料管的出料口伸入至所述流化室内与所述接料区正对设置，且所述下料管的出料口与所述接料区之间形成物料堆积区域；以及控制气体输送管，所述控制气体输送管的出气口设置于所述物料堆积区域内且朝向所述通气区的上方设置。

可选的，所述下料管的出料口在所述分层板上的投影位于所述接料区内。

可选的，所述控制气体输送管的一端封闭，且沿垂直于所述分层板的方向伸入到所述物料堆积区域，所述出气口的数量为多个，多个所述出气口沿所述控制气体输送管的周向均匀分布于所述控制气体输送管的封闭端的侧壁上。

可选的，所述流化床本体的侧壁上设有第一安装孔，所述分层板的接料区设有第二安装孔，所述控制气体输送管的设有出气口的一端依次穿过第一安装孔和第二安装孔伸入到所述物料堆积区域，且所述控制气体输送管的外壁与所述第一安装孔及所述第二安装孔密封连接。

可选的，所述控制气体输送管伸入到所述物料堆积区域内的长度不大于所述下料管的出料口与所述分层板之间的垂直距离的二分之一。

可选的，所述接料区为以所述分层板的中心为圆心的圆形区域，，所述下料管沿垂直于所述分层板的方向设置，且所述下料管的中心线与所述流化床本体的中心线重合。

可选的，所述接料区的直径d₂满足公式：d₂＝(1～1.2)

所述下料管的出料口与所述分层板之间的垂直距离h₁满足公式：

其中，a为经验参数，取值范围为1.5至3，θ为物料休止角，d₁为所述下料管的出料口的直径。

可选的，所述控制气体输送管的出气口的孔径不小于所述通气区的通气孔的孔径。

可选的，所述控制气体输送管的出气口处的气速不小于所述流化室内物料最小流化气速时对应的通气孔处的气速。

可选的，所述控制气体输送管的出气口处的气速是所述流化室内物料最小流化气速时对应的通气孔的气速的2倍。

由上述可知，本发明提供的物料输送冷却装置，因为在分层板上设置接料区，气室内的流化气体无法通过接料区，物料从下料管的出料口进入到接料区，由于接料区无流化气体经过，随着下料管出料口的物料增多，物料在下料管的出料口与接料区之间的物料堆积区域内堆积；由于控制气体输送管的出气口设置在物料堆积区域内且朝向通气区的上方设置，因此，当通过控制气体输送管向物料堆积区域内通入控制气体时，控制气体可以将物料堆积区域内堆积的物料吹散到通气区的上方空间中，气室内的流化气体通过通气区的通气孔进入到流化室内对通气区上方空间内的物料进行流化处理。当控制气体调小或关闭后，随着下料管出料口物料的增加，物料堆积区域内物料重新堆积，当再次将控制气体的流量调大时，控制气体可以再次将物料堆积区域内的物料吹散到通气区的上方，进而进行流化处理。该物料输送冷却装置不需要在流化床内安装机械阀门即可控制物料输送的速度，通过在分层板上设置接料区和向物料堆积区域通入控制气体的方式，实现流化床本体内高温高压的工作环境下，对物料输送速度的有效控制，提高了物料的流化效果。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一些实施例提供的物料输送冷却装置的结构示意图；

图2为本发明一些实施例提供的分层板的结构示意图；

图3为本发明一些实施例提供的物料输送冷却装置在流化状态下的局部示意图；

图4为本发明一些实施例提供的分层板与下料管的尺寸示意图。

其中，1：流化床本体；2：下料管；3：分层板；4：控制气体输送管；5：流化气体输送管；6：物料堆积区域；7：流化区域；8：气柱和气泡；101：流化室；102：气室；201：出料口；301：接料区；302：通气区；3011：第二安装孔；3021：通气孔；401：出气口；402：进气口。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本发明实施例提供了一种物料输送冷却装置，包括流化床本体1、下料管2和控制气体输送管4，流化床本体1内设有分层板3，分层板3将流化床本体1的内部空间分隔出位于上层的流化室101和位于下层的气室102，分层板3包括接料区301和围绕接料区301设置的通气区302，通气区302内设有多个连通流化室101和气室102的通气孔3021，气室内102的流化气体经过通气孔进入到流化室101内，如图3所示，流化气体经过通气孔后会在通气孔3021的上方区域形成气柱和气泡8，然后逐渐向上方扩散，将周围物料流化，物料经过流化后呈流态化。另外下料管的出料口201伸入到流化室101内且与接料区301正对设置，且下料管的出料口201与接料区301之间形成物料堆积区域6，由于分层板3上的接料区301不能通过流化气体，流化气体无法对该区域的物料进行流化，随着从下料管的出料口201落下的物料的不断增加，且就会阻止下料管2内的物料通过下料管2进入到流化室101内，从而在物料堆积区域6内形成料封。

本发明的一些实施例中，控制气体输送管4的出气口401设置在物料堆积区域6内且朝向通气区302的上方设置，当以一定的气流速度向物料堆积区域6内通入控制气体时，控制气体可以将物料堆积区域6内堆积的物料吹向通气区的上方区域(也就是图3中的流化区域7，只有处于流化区域7内的物料才能被从通气孔3021流入到流化室101内的流化气体所流化)，从气室102经过通气孔3021流入到流化室1内的流化气体对通气区上方区域的物料进行流化处理。

控制气体输送管4的进气口402位于流化床本体1的外部，控制气体输送管4的进气口402连接外部控制气体供应装置，控制气体供应装置通过控制气体输送管4向流化床本体1内输送控制气体，并可以控制控制气体的输送速度和控制气体的输送量。当控制气体调小或关闭后，随着下料管的出料口201处物料的增加，物料堆积区域6内物料重新堆积，当再次将控制气体的流量调大时，控制气体可以再次将物料堆积区域6内的物料吹散到通气区的上方(流化区域7)，进而进行流化处理。该物料输送冷却装置不需要在流化床内安装机械阀门即可控制物料输送的速度，通过在分层板3上设置接料区301和向物料堆积区域6通入控制气体的方式，实现流化床本体内高温高压的工作环境下，对物料输送速度的有效控制，提高了物料的流化效果。

进一步的，下料管2的出料口201在分层板1上的投影位于接料区301内，也就是说，下料管2的横截面的面积不大于接料区301的面积，在本发明的一些实施例中，下料管2的横截面的面积小于接料区301的面积，且下料管2的轴线经过接料区301的中心位置，在分层板3的中心位置上设置一块不通气的区域作为接料区301，分层板3的通气区302围绕该接料区301设置，在流化床正常运行时，通气区302的各通气孔3021之间区域也会形成不流化的死区，所以在对分层板3设计时，在保证通气孔3021开孔率的同时，要保证各通气孔3021之间的间距尽量小。

为实现对流化床本体内的物料流化速度的良好控制，在本发明的一些实施例中，将控制气体输送管4设置为一端敞开作为进气口402，另一端封闭，且在封闭端的侧壁上设置开口作为出气口401，控制气体输送管4的出气口401的一端沿垂直于分层板3的方向伸入到物料堆积区域6，其中出气口401的数量为多个，多个出气口401沿控制气体输送管1的周向分布于控制气体输送管4的封闭端的侧壁上。如图3所示，当向控制气体输送管4内通入控制气体时，控制气体从各个出气口401按箭头方向成散射状喷出，喷出的控制气体将堆积在出料口物料堆积区域6内的物料均匀的吹向通气区上方的空间(也就是流化区域7)内，以便于进行流化气体进行流化处理。

在本发明的一些实施例中，控制气体输送管4的设有出气口401的一端可以自上到下伸入到物料堆积区域6，且为了保证控制气体对物料的吹扫效果，应使控制气体输送管4设有出气口401的一端的端部尽量靠近分层板3，出气口401也尽量的靠近控制气体输送管4的端部设置，出气口401可以设置多圈，每圈出气口401有多个，沿控制气体输送管4的周向设置，多圈出气口401沿控制气体输送管4的长度延伸方向间隔设置，以提高对物料堆积区域6的吹扫效果。

如图1和图3所示，在本发明的一些实施例中，控制气体输送管4的设有出气口401的一端自下而上伸入到物料堆积区域6，进一步的，控制气体输送管的进气口402设置在流化床本体1的外部，流化床本体1的下部的侧壁上(也就是与气室对应的侧壁上)设置第一安装孔(图上未示出)，结合图2所示，分层板3的接料区301上设有第二安装孔3011，控制气体输送管4的设有出气口401的一端依次穿过第一安装孔和第二安装孔3011后伸入到物料堆积区域6，且控制气体输送管4的外壁与第一安装孔及第二安装孔3011密封连接。这种设置方式的优点在于，控制气体输送管4位于流化床本体内的部分均位于气室101内，不会对流化室101内的流化过程造成影响，且控制气体输送管4的固定通过与第一安装孔和第二安装孔3011的配合即可完成，不需要增加额外的固定件。

结合图4所示，当控制气体输送管4自下而上伸入到物料堆积区域6内时，控制气体输送管4位于分层板以上的高度(也就是控制气体输送管4伸入到物料堆积区域内6的长度)不大于下料管2的出料口201与分层板之间的垂直距离h₁的二分之一，以减小控制气体输送管4对下料管下料过程的阻碍。控制气体输送管4的出气口端设置的出气口401应尽量靠近分层板3设置，沿控制气体输送管4的周向设置的一圈出气口401的数量可根据控制气体输送管4的管径大小增加或减少，一般出气口的数量不少于4个，保证控制气体可以沿各个方向喷出；当控制气体输送管4的出气口401的数量为多圈时，多圈出气口401沿从分层板3到下料管2的出料口201的方向间隔设置。

进一步的，控制气体输送管4的管径和出气口401的孔径根据控制气体的气速设置，其出气口401的孔径不小于分层板3上的通气孔3021的孔径。

分层板3可以看成是三部分，第一部分是位于分层板3中心位置的接料区301，位于分层板3边缘的安装区，以及位于接料区301与安装区之间的通气区302。结合图3所示，在本发明的一些实施例中，分层板1是一块与流化床本体1的尺寸匹配的圆形板状结构，在该分层板3的中心留一块圆形的不开通气孔的区域形成接料区301，从接料区301的边缘部位沿径向向外延伸直到流化床本体的内壁之间的分层板部分设置为通气区302，在通气区302内以分层板的中心为圆心均匀的开设一圈一圈的通气孔3021，便于对流化室101内的物料进行流化处理。分层板3的安装区位于分层板3整体的最边缘位置，安装区可以采用焊接的方式与流化床本体1的侧壁连接，或者采用法兰结构与流化床本体1的侧壁连接。

进一步的，结合图4所示，在本发明的一些实施例中，在对该物料输送冷却装置的结构和尺寸进行设计时，已知下料管2的内直径d₁(也就是下料管的出料口201的直径)，便可以采用以下公式得到接料区301的直径d₂(相当于关于分层板3中心对称的两个通气孔3021之间的最近距离)，和下料管2的出料口201与分层板3之间的垂直距离h₁，

其中，a为经验参数，取值范围为1.5至3，θ为物料休止角。

进一步的，在本发明的一些实施例中，控制气体输送管4的出气口401的气速不小于流化室101内物料最小流化气速时对应的通气孔3021处的气速，以保证控制气体能够将物料堆积区域6内的物料吹扫至通气区302的上方。更进一步的，将控制气体输送管4的出气口401的气速设置为流化室内物料最小流化气速对应的通气孔3021处的气速的2倍，既保证了控制气体能够将物料堆积区域6内的物料吹扫至通气区302的上方，又避免了控制气体的吹扫气速过大，导致物料吹扫不均匀的问题。此外，还可以在出气口401处设置喷气嘴，控制气体经过喷气嘴喷出，增大了控制气体喷出的气速。

在气室102部分对应的流化床本体1的侧壁上还设有第三安装孔(图上未示出)，流化气体输送管通5过第三安装孔伸入到气室102内，为气室102内输送流化气体，流化气体输送管5的侧壁与第三安装孔密封连接。流化气体和控制气体可以是空气或者是惰性气体，以避免在与物料接触的过程中发生反应。

由于流化室101和气室102内在工作环境下，都是高温高压环境，因此，暴露在流化室101和气室102内的下料管2、分层板3、控制气体输送管4和流化气体输送管5都采用耐高温和耐高压的材料制成，在本发明的一些实施例中，可以采用金属或合金制成。

综上所述，本发明实施例提供的一种物料输送冷却装置，通过对分层板3、下料管2和控制气体输送管4的结构参数和位置设计，可实现流化床本体在高温高压的工作环境下，不需要安装常规的机械阀门等控制机构，即可对物料输送速度和流化进度进行有效控制，具有安全高效，操作方便的特点。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种物料输送冷却装置，其特征在于，包括：

流化床本体(1)，所述流化床本体(1)内设有分层板(3)，所述分层板(3)将所述流化床本体(1)的内部空间分隔出上层的流化室(101)和下层的气室(102)，且所述分层板(3)包括接料区(301)和围绕所述接料区(301)设置的通气区(302)，所述通气区(302)设有多个连通所述流化室(101)和所述气室(102)的通气孔(3021)；

下料管(2)，所述下料管(2)的出料口(201)伸入至所述流化室(101)内且位于所述接料区(301)的正上方，所述下料管(2)的出料口(201)与所述接料区(301)之间形成物料堆积区域(6)；

以及控制气体输送管(4)，所述控制气体输送管(4)的出气口(401)设置于所述物料堆积区域(6)内且朝向所述通气区(302)的上方设置。

2.根据权利要求1所述的物料输送冷却装置，其特征在于，所述下料管(2)的出料口(201)在所述分层板(3)上的投影位于所述接料区(301)内。

3.根据权利要求1所述的物料输送冷却装置，其特征在于，所述控制气体输送管(4)的一端封闭，且沿垂直于所述分层板(3)的方向伸入到所述物料堆积区域(6)，所述出气口(401)的数量为多个，多个所述出气口(401)沿所述控制气体输送管(4)的周向均匀分布于所述控制气体输送管(4)的封闭端的侧壁上。

4.根据权利要求1所述的物料输送冷却装置，其特征在于，所述流化床本体(1)的侧壁上设有第一安装孔，所述分层板(3)的接料区(301)设有第二安装孔(3011)，所述控制气体输送管(4)的设有出气口(401)的一端依次穿过第一安装孔和第二安装孔(3011)伸入到所述物料堆积区域(6)，且所述控制气体输送管(4)的外壁与所述第一安装孔及所述第二安装孔(3011)密封连接。

5.根据权利要求4所述的物料输送冷却装置，其特征在于，所述控制气体输送管(4)伸入到所述物料堆积区域(6)内的长度不大于所述下料管(2)的出料口(201)与所述分层板(3)之间的垂直距离的二分之一。

6.根据权利要求1-5任一项所述的物料输送冷却装置，其特征在于，所述接料区(301)为以所述分层板(3)的中心为圆心的圆形区域，所述下料管(2)沿垂直于所述分层板(3)的方向设置，且所述下料管(2)的中心线与所述流化床本体(1)的中心线重合。

7.根据权利要求6所述的物料输送冷却装置，其特征在于，所述接料区(301)的直径d₂满足公式：

和/或，

所述下料管(2)的出料口(201)与所述分层板(3)之间的垂直距离h₁满足公式：

其中，a为经验参数，取值范围为1.5至3，θ为物料休止角，d₁为所述下料管(2)的出料口(201)的直径。

8.根据权利要求1所述的物料输送冷却装置，其特征在于，所述控制气体输送管(4)的出气口(401)的孔径不小于所述通气区(302)的通气孔(3021)的孔径。

9.根据权利要求1所述的物料输送冷却装置，其特征在于，所述控制气体输送管(4)的出气口(401)处的气速不小于所述流化室(101)内物料最小流化气速时对应的通气孔(3021)处的气速。

10.根据权利要求9所述的物料输送冷却装置，其特征在于，所述控制气体输送管(4)的出气口(401)处的气速是所述流化室(101)内物料最小流化气速时对应的通气孔(3021)的气速的2倍。

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