CN1126635A - 监测流化床反应器中内循环的方法和装置及装有此装置的反应器 - Google Patents

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Abstract

一种用于连续监测循环的流化床中的固体颗粒的内循环流动速率的监测方法和装置，该流化床包括一底部区和一被壁包围起来的顶部区。该装置包括：一采样罐，用来对内循环固体进行采样，该罐固定在反应器的所述壁中的一个壁上，并设有流态化装置；一排放管，用来由所述罐中把所述固体排出，并把它们输送到测量装置中，用以测量固体颗粒的流动速率；以及一回流管，用来把所述固体由测量装置返回到反应器中。

Description

监测流化床反应器中内循环的方法和装置及装有此装置的反应器
本发明涉及用于监测流化床反应器中的内循环的方法和装置以及装有此种装置的反应器。
更严格地说，本发明涉及用于监测循环的流化床中的固体颗粒的内循环流动速率的方法和装置，该流化床包括一个底部区(流态化气体注入进此区)和一个被壁包围起来的顶部区。
在有循环的流化床的反应器中，一些固体由该反应器中出来，进行外循环，而一些固体沿着壁的内表面下落，从而造成“内”循环。此种内循环的流动速率的大小主要取决于反应器中的固体的装料量，以及流态化条件。
至今还没有用于靠连续测量所述的流动速率来对内循环的流动速率进行监测的装置。本发明提供了这样一个装置。
按照本发明，此方法包括连续并局地地测定沿所述壁下落的固体的流速。
按照本发明，此种用于连续监测循环的流化床中的固体颗粒的内循环流动速率的装置用来实现这种方法，它包括：
一个采样罐，用来对内循环固体进行采样，该罐固定在反应器的所述壁中的一个壁上，并设有流态化装置；
一根排放管，用来由所述罐中把所述固体排出，并把它们输送到测量装置中，用以测量所述固体的流动速率；以及
一根回流管，用来把所述固体由测量装置返回到反应器中。
这样一种监测装置使得可以在循环的流化床反应器中的不同位置检测固体颗粒的内循环流动速率之差。这样，可以检测出反常的浓度现象，例如“高烟囱效应”或在反应器的不同隔间中浓度的不均匀。这样，可以采取适当的措施，例如可以调节对所关心的隔间送入的气量。
最好，用来测定流速的测量装置设置在反应器的外面。
在一个优选的实施例中，流速测量装置包括：
第一温度测量装置，用来测量采样罐的出口处固体的温度；
一个冷却装置，用来冷却这些固体；以及
第二温度测量装置，用来测量冷却装置的出口处固体的温度。
本发明还提供了一种设计用来构成此监测装置的冷却装置，它包括一根排放管，此管向下倾斜，有一根纵向轴线x—x，此管设有一个耐火材料的衬里，它在其顶部接受固体颗粒，并且它与一个冷却装置有关，该装置在一个固体接受罐中包括一组热交换管，冷却流体流过这些管，还包括一个能使固体颗粒流动的空气送入组件；按照本发明，该固体接受罐由所述管体构成，此管体相对于水平面倾斜至少5度。
最好，所述管体倾斜5度至20度的角度。
最好，该组热交换管由平行于管体的轴线x—x伸展的管道构成。
所述管体可以设有一个阻挡壁，用来阻挡固体颗粒，此壁位于那组热交换管的下游，并且最好是一个可以抽出的横向的壁。
为此目的，所述的阻挡壁由重叠放置的细长件构成，这些细长件是可以移走的。
热交换管是共轴的多对管道，冷却流体的入口和出口都位于管体的同一端。
空气送入组件包括喷嘴，它们穿透管体的底部，并通过位于管体下面的分成隔间的供气支管向它们送气。
本发明还提供了一种用来测定固体流的温度的温度测量装置，此装置构成包括在监测装置中的第二温度测量装置。它包括：
在直到阻挡壁顶部的多个高度上的温度测定探头；以及
设置在管体的延伸部分中所述的阻挡壁的下游的一个温度测量探头，该延伸部分设有流态化喷嘴。
最后，本发明也提供了一个设有至少一个监测装置的反应器；它包括在其内边缘上分布的多个监测装置，这些装置设置在同一高度上。
在此反应器的一个优选实施例中，它包括内部沸腾床，它们通过其顶部(该顶部接受沿着顶部区的壁落下的固体物质)与反应器的内部连通，并靠在用作溢流壁或“溢流道”的壁的整个长度上溢流，把这些固体物质部分地返回到底部区，至少某些监测装置有由内部床的各自隔间所构成的其自己的采样罐。
下面参考着附图更详细地描述本发明的一个优选实施例，附图中有：
图1为一个循环的流化床反应器的垂直剖面图；
图2为本发明的监测装置的垂直剖面图；
图3为图2的IV—IV线的剖面图；
图4为本发明的冷却装置的纵向剖面图；
图5为图4的VI—VI线的剖面图；
图6为图4的VII—VII线的剖面图；
图7为一个设有内部床，并装有本发明的装置的循环的流化床反应器的垂直剖面图；
图8为图7的VIII—VIII线的剖面图；
图1示出常规的循环床反应器的运行。该循环床反应器包括一个向上扩张开的底部区3和一个矩形的顶部区2。底部区3设有一个流态化格栅11，格栅11下面的主空气注入装置12，格栅11上面的第二空气注入装置13，以及燃油送入装置10。包围着下部区3的壁5设有热交换管。顶部区2也被设有热交换管的壁4包围起来。
固体颗粒在格栅11的上面朝着反应器的顶部上升，如箭头6所示。这些颗粒朝着壁4，5分开，并朝着底部降落下来。然而，最微细的一部分颗粒被再夹带着朝向顶部，作如7所示的漩涡运动。其它颗粒朝向壁4，5运动，并沿着壁朝底部向下运动，如箭头8所示。
用于连续监测固体颗粒的内循环流动速率的本发明的监测装置的一个优选实施例示于图2和3。
它包括：
一个采样罐100，用来对内循环固体进行采样，该罐固定在反应器的所述壁4中的一个壁上，并设有流态化装置，此装置以实质上已知的方式由与“空气盒”室102相连接的一根流态化气体送入管101和在罐100的底部或底板上分布的送气喷嘴103组成；流态化状态的设定取决于罐100中的压力差，使得防止产生任何溢流；该罐最好由高熔点金属制成；
一根排放管110，用来由所述罐100中把所述固体排出，并把它们输送到测量装置130中，用以测量所述固体的流动速率，该测量装置装在反应器的外面；以及
一根回流管120，用来把所述固体由测量装置130返回到反应器中。
流动速率测量装置130的一个优选实施例示于图4。它包括：
第一温度测量装置300，用来测量罐100的出口处所述固体的温度；
一个冷却装置200，用来冷却这些固体；以及
第二温度测量装置400，用来测量冷却装置200的出口处固体的温度。
如图4所示，本发明的冷却装置包括一根排放管201，它相对于水平面向下倾斜5度至20度的角度，它有一根纵向轴线x—x，此管设有提供隔热及机械保护的一个耐火衬里202，并且它通过一根输入管203在其顶部接受热的固体颗粒。
倾斜的管体201设有流态化组件207，用来使固体颗粒流态化，并设有一个横向的阻挡壁204，用来阻挡固体颗粒。这样，在管体201的内部，在输入管203与壁204之间构成了一个用来接受固体颗粒的流态化罐。壁204只在管体201内截面的一部分范围内伸展，在其顶部确定了一个通道205，可以通过此通道把颗粒排出。
阻挡壁204是可以抽出的，并由重叠放置的细长件构成，如下面参考着图6所描述的那样，这些细长件是可以移走的。
在固体接受罐中有一个冷却装置，该装置包括一组热交换管206，冷却流体流过这些管。
这组热交换管206由平行于轴线x—x伸展的管道261构成，并被放置在横向壁的上游部分。热交换管261是共轴的多对管道，流体的入口262和出口263位于管体201的同一端，即在管体201的较高的端壁211的外面。最好，也把这组管道206紧固在管体201的较高的端壁211上。这样，当反应器停止时，靠移开这一端壁211就可以把这组热交换管206移开，并且，如果必要，进行维护和修理。为了把这组做成悬臂形的管道固定在位，在这组管道261的靠近阻挡壁204的那一端的附近设有一个固定装置264。
朝向输入管203的金属屏蔽212保护顶部的热交换管261。
下面将参考着图5更详细地描述这组热交换管206。
流态化组件207包括喷嘴271，它们在以这样的方式制作的固体接受罐的底部穿透管体201，通过位于管体201下面的供气支管272向它们送气。取决于固体接受罐的长度的不同，可以设置多根供气支管272。通过入口273把流态化气体注入这些供气支管272。
如图5所示，这组热交换管206包括彼此平行放置的一定数目的管道261，并被横方向上和纵方向上分布的被焊上的翅片265固定住，使得形成管道的一个刚性组件。在悬臂端的附近设有一个由过梁641构成的固定装置264，此装置被固定在焊到管体201的金属外壳上的两个座架642上，此装置支撑着托架643，该组管206的底部管道就放置在这些托架中。每根热交换管261由一对共轴的管道组成，其内管与冷却流体入口262相连接，而其外管与冷却流体出口263相连接，此两根管道在其靠近横向壁204的端部彼此连通。
在入口262和出口263测得冷却流体(通常为水)的入口温度tee和出口温度tse流体的流速de是已知的。
可以把多个流态化喷嘴271在横向上沿着并列的线放置，通过供气管道274把喷嘴连接到供气支管272上。在管体201的内部，把流态化气体供气管道274嵌入加厚的耐火材料221中。
图6中更详细地示出阻挡壁204。
在把该壁204插入的位置，管体201有一个由延伸部分213确定的侧面开口，使得此开口为平面和长方形的。壁204为可抽出的抽屉形，把壁204插入到该开口中。
此壁的外面部分241呈一个盖的形状，它可以压靠在管体201的延伸部分213上，并比如用螺栓242固定在其上。外面部分241支撑着构成阻挡壁本身的里面部分。为了这一目的，把第一管形柱体243固定到外面部分241上，使得它们在管体201的内部容积的整个高度上成并列的直线。把由重叠放置并可以移开的细长件构成的管道244连接到所述第一柱体243上。管道244的长度是这样的，在其另一端它们可以连接到一个圆形部分245上，该部分支撑着在管体201的内部容积的整个高度上成并列的直线相应地设置的第二管形柱体246。一旦把一定数目的管道244连接到外面部分241上和圆形部分245上，并把壁204插入到管体201中之后，该圆形部分245就压靠在管体201的内表面上。
一旦确定了阻挡壁204所需要的高度(此高度使得颗粒流覆盖该组热交换管)，需要装配的管道244的数目就确定下来了。可选择的是，在使装置的运行停下来时，并为了使冷却装置得到最佳的运行，把阻挡壁204拆下，把适当数目的管道244连接在一起进行组装，并把壁204重新装上，使得冷却装置可以运行。
外面部分241设有通道247，在此通道中设有热电偶线，使得能在直到阻挡壁204顶部的多个高度上测定温度。为了使这样的测定成为可能，外面部分设有人容易接近的外部连接盒248和把手249，用来把阻挡壁204移开和装上。
选用了包括管道244和管形柱体243及246的结构是因为此结构对于制作和组装来说比较简单并可靠。然而，也可以用有不同形状的重叠放置部件制作这种高度可调的横向壁。
图4中示出用来在罐100的出口测定固体的温度的温度测量装置300。
此装置设置在冷却装置200的管体201的上游部分，它包括三个穿透排放管110的温度测量探头301，302，303。这些探头可以选择性地设置在不同的高度，并且沿着排放管110的周边排布，使得它们彼此离开120度。这使得可以测定冷却装置200的入口处固体的平均入口温度tes。
图4中也示出用来在冷却装置200的出口测定固体的温度的第二温度测量装置400。
它包括在直到阻挡壁204顶部的多个高度上的温度测定探头。如上所述，这些探头最好是设在管道244中的热电偶线，并且通入阻挡壁204的外面部分241的通道247中。
此第二温度测量装置还包括设置在管体201的延伸部分401中所述的阻挡壁204的下游的倒T形的一个温度测定探头402，该延伸部分设有流态化喷嘴403。把这些喷嘴安排成与冷却装置200中的一样。它们穿透管体的延伸部分401的底部，并通过位于管体的延伸部分401下面的供气支管404向它们供气。经过入口405把流态化气体注入到供气支管404中。这个附加的流态化处理可以使得管体的延伸部分401中的固体颗粒的流动变均匀。
可供选用的是，可以在管体的延伸部分401的端部设置另外一个直线探头406。
这样，靠第二温度测量装置400可以测定冷却装置200的出口处固体颗粒的平均出口温度tss。
因此，可以通过计算焓的平衡确定流过冷却装置200的固体的流速。更严格地说，此平衡给出下列关系：
dscps(tes－tss)＝decpe(tse—tee)
其中ds为所求的固体颗粒的流速；
tes，tss，de，tse，以及tee已经如上所述测出，cps和cpe为固体颗粒和冷却流体的比热(每单位质量)。
一个有关的调节系统使得这些计算可以连续地进行。
可以用至少一个如上所述的监测装置装备一个反应器。例如由本申请人注册的法国专利申请No.2690512已经知道，反应器可以设有如图7所示的内部沸腾床22，23。这些沸腾床22，23通过其顶部(该顶部接受沿着顶部区2的壁4落下的固体物质)与反应器的内部连通，并靠在用作溢流壁或“溢流道”28，29的壁的整个长度上溢流，把这些固体物质部分地返回到底部区3。
底部区3设有一个流态化格栅11(此格栅可以被分成隔间)，以及格栅11下面的主空气注入装置12。也以本质上已知的方式设置了格栅11上面的第二空气注入装置13和燃油供给装置10。包围底部区3的壁5设有热交换管，顶部区2也被设有热交换管的壁4所包围。
图8是图7所示的反应器的水平剖面图。在其内边缘分布着多个监测装置，这些装置被设置在同一高度上。
自然，本发明的监测装置可以安装在需要连续监测固体颗粒的内循环的反应器的任何位置。最好，如图7和8所示，这些装置100，200设置在流态化格栅的每一个隔间的侧壁上。
例如，如果反应器在横向上被分割成三个隔间111，112，和113，如图8所示，在每一个侧壁上设置三个装置100，200，使得在每一个角落有一个，在每个壁的中心有一个。
这样，根据由这些监测装置的测量结果，可以调整向各隔间馈送气体的纵向和横向分布。
最好，这些监测装置设置在内部床22，23以上的一个平面中，或者如图7，8中所示，设置在内部床的高度上。不管在哪种情况下，设置在反应器测壁上的每一个监测装置都最好有由相应的内部床22，23的各自隔间所构成的其自己的采样罐100。

Claims (16)

1.一种连续监测循环的流化床中的固体颗粒的内循环流动速率的方法，该流化床包括一个底部区(3)(流态化气体注入进此区)和一个被壁(4)包围起来的顶部区(2)，所述方法的特征在于它包括连续并局地地测定沿所述壁(4)下落的固体的流速。
2.一种用来连续监测循环的流化床中的固体颗粒的内循环流动速率的监测装置，用来实现按照权利要求1的方法，该流化床包括一个底部区(3)(流态化气体注入进此区)和一个被壁(4)包围起来的顶部区(2)，所述装置的特征在于它包括：
一个采样罐(100)，用来对内循环固体进行采样，该罐固定在反应器的所述壁(4)中的一个壁上，并设有流态化装置；
一根排放管(110)，用来由所述罐(100)中把所述固体排出，并把它们输送到测量装置(130)中，用以测量固体颗粒的流动速率；以及
一根回流管(120)，用来把所述固体由测量装置(130)返回到反应器中。
3.按照权利要求2的装置，其特征在于用来测定流速的测量装置(130)设置在反应器的外面。
4.按照权利要求3的装置，其特征在于流速测量装置(130)包括：
第一温度测量装置(300)，用来测量采样罐(100)的出口处所述固体的温度；
一个冷却装置(200)，用来冷却这些固体；以及
第二温度测量装置(400)，用来测量冷却装置(200)的出口处固体的温度。
5.一种设计用来构成按照权利要求4的监测装置的冷却装置，它包括一根排放管(201)，此管向下倾斜，有一根纵向轴线x—x，此管设有一个耐火材料的衬里(202)，它在其顶部接受固体颗粒，并且它与一个冷却装置有关，该装置在一个固体接受罐中包括一组热交换管(206)，冷却流体流过这些管，还包括一个能使固体颗粒流动的空气送入组件(207)，所述的冷却装置的特征在于该固体接受罐由所述管体(201)构成，此管体相对于水平面倾斜至少5度。
6.按照权利要求5的装置，其特征在于所述管体(201)倾斜5度至20度的角度。
7.按照权利要求5或6的装置，其特征在于该组热交换管(206)由平行于管体(201)的轴线x—x伸展的管道(261)构成。
8.按照权利要求5至7中任何一个的装置，其特征在于所述管体设有一个阻挡壁(204)，用来阻挡固体颗粒，此壁位于那组热交换管(206)的下游。
9.按照权利要求8的装置，其特征在于所述的阻挡壁(204)是一个可以抽出的横向的壁。
10.按照权利要求9的装置，其特征在于所述的阻挡壁(204)由重叠放置的细长件(244)构成，这些细长件是可以移走的。
11.按照权利要求7的装置，其特征在于热交换管(261)是共轴的多对管道，冷却流体的入口(262)和出口(263)都位于管体(201)的同一端。
12.按照权利要求5至11中任何一个的装置，其特征在于空气送入组件(207)包括喷嘴(271)，它们穿透管体(201)的底部，并通过位于管体(201)下面的分成隔间的供气支管(272)向它们送气。
13.一种用来测定固体流的温度的温度测量装置，此装置构成包括在按照权利要求4的监测装置中的第二温度测量装置(400)，并且此装置与按照权利要求5至10中任何一个的冷却装置有关，所述温度测量装置的特征在于它包括：
在直到阻挡壁(204)顶部的多个高度上的温度测定探头；以及
设置在管体(201)的延伸部分中所述的阻挡壁(204)的下游的一个温度测量探头(402)，该延伸部分设有流态化喷嘴(403)。
14.设有至少一个按照权利要求2至4中任何一个的监测装置的反应器，所述反应器的特征在于它包括在其内边缘上分布的多个监测装置，这些装置设置在同一高度上。
15.按照权利要求14的反应器，它包括内部沸腾床(22，23)，它们通过其顶部(该顶部接受沿着顶部区(2)的壁(4)落下的固体物质)与反应器的内部连通，并靠在用作溢流壁或“溢流道”(28，29)的壁的整个长度上溢流，把这些固体物质部分地返回到底部区(3)，所述反应器的特征在于至少某些监测装置有由内部床(22，23)的各自隔间所构成的其自己的采样罐(100)。
16.基本上如这里参考着附图所描述的和在附图中所说明的监测装置。
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