CN112710173A - 自洁式流化床换热器用液固分离器及流化床换热器及循环方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自洁式流化床换热器用液固分离器及流化床换热器及循环方法，主要用以解决传统技术中外循环式流化床换热器固体颗粒不能充分循环和液固分离罐体积大的技术问题。本发明通过采用一种用于自洁式流化床换热器的液固加速分离器，包括液固分离槽，所述液固分离槽中设置有旋转装置，所述旋转装置包括电机、旋转轴、固定套筒、旋转台和旋转单管，旋转轴上从上而下依次连接有固定套筒和旋转台，所述旋转台设有分布孔，旋转单管与旋转台下端面密闭连接，且与分布孔连通；所述固定套筒设有液固混合物入口，用于连接液固混合物管路，所述液固分离槽设有上清液出口，用于连接液体管路的技术方案，较好地解决了该问题，可用于自洁式流化床换热器工业化应用中。

Description

自洁式流化床换热器用液固分离器及流化床换热器及循环 方法

技术领域

本发明属于化工领域，具体的，属于化工换热设备长周期运行领域，涉及一种自洁式流化床换热器用液固分离器及流化床换热器及循环方法，广泛应用于广泛应用于解决传统外循环式流化床换热器固体颗粒不能充分循环影响装置长周期运行和液固分离罐体积大的问题。

背景技术

换热器在石油、化工、能源等行业被广泛使用。然而，随着使用时间增加，换热器不可避免的存在污垢粘附现象，从而导致换热器换热效率降低，阻力增加，影响换热器正常运行。

开发流化床换热器替换传统换热器，可以提高换热器换热效果，有效延长装置运行时间。在换热器液相流速范围内，固体颗粒在流化床换热器内能否有效循环是制约流化床换热器正常运行和大规模工业应用的前提。传统外循环式流化床换热器中，由于管路阻力及其分配，固体颗粒在下降管中很容易在循环过程中被水平管流向的液体柱封住，造成下降管管路流体局部短路，阻止固体颗粒的有效循环，影响外循环式流化床换热器的应用。文献CN202709856U公开了一种应用Kenics静态混合器的水平液固循环流化床换热器。该流化床换热器固体颗粒不能有效循环，且只能用于卧式换热器。文献US6350928公开了一种外循环式流化床换热器，没有设置明确的固体颗粒循环构件，换热器在运行周期下维持传热效果能力不强或不能正常运行。文献CN102921179公开了一种外循环式流化床换热器，采用下降管和水平管之间的缩径喷嘴产生负压实现固体颗粒循环，该结构的外循环式流化床换热器涉及的喷嘴结构，匹配的工艺条件操作弹性空间较小，很难实现固体颗粒的有效循环。

本发明提供一种自洁式流化床换热器及其加速循环方法，通过电机旋转加速装置在液固分离槽中加速固体颗粒从下降管进入水平管的速度，实现固体颗粒在换热器列管内的有效循环，有针对性的解决了上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是传统技术中外循环式流化床换热器固体颗粒不能充分循环和液固分离罐体积大的技术问题，提供一种用于自洁式流化床换热器的液固加速分离器，该液固加速分离器可以加速固液分离，具有固体颗粒循环充分，装置维持长周期运行和液固分离罐体积小的优点。

本发明所要解决的技术问题之二是传统技术中外循环式流化床换热器固体颗粒不能充分循环和液固分离罐体积大的技术问题，提供一种自洁式流化床换热器。该流化床换热器采用上述解决技术问题之一所述的液固加速分离器，具有固体颗粒循环充分，装置维持长周期运行和液固分离罐体积小的优点。

本发明所要解决的技术问题之三是提供一种与解决技术问题之二相对应的自洁式流化床换热器加速循环的方法。

为解决上述技术问题之一，本发明所采用的技术方案如下：一种用于自洁式流化床换热器的液固加速分离器4，包括液固分离槽23，所述液固分离槽23中设置有旋转装置，所述旋转装置包括电机18、旋转轴19、固定套筒20、旋转台21和旋转单管22，旋转轴 19上从上而下依次连接有固定套筒20和旋转台21，所述旋转台21设有分布孔，旋转单管22与旋转台21下端面密闭连接，且与分布孔连通；所述固定套筒20设有液固混合物入口，用于连接液固混合物管路16，所述液固分离槽23设有上清液出口，用于连接液体管路17。

上述技术方案中，所述旋转台21优选由电机18通过旋转轴19带动转动；旋转轴19旋转速度优选为100～600rpm。

上述技术方案中，所述固定套筒20直径和旋转台21直径优选相同；固定套筒(20)直径优选为液固分离槽23直径的0.01～0.9倍。

上述技术方案中，所述旋转台21横截面优选为圆形；所述旋转台21上分布孔的开孔率优选为10％～50％；更优选为所述分布孔形状相同，更优选所述分布孔形状为中心对称图形，最优选为圆形或正多边形。

上述技术方案中，所述分布孔优选沿旋转台21横截面圆心对称分布，形状和尺寸相同。

上述技术方案中，所述旋转单管22外径尺寸优选与所述的分布孔内径尺寸相同，旋转单管内径优选大于所要分离的固体颗粒直径的3倍以上，此时旋转单管可以密闭安装于分布孔内。

上述技术方案中，所述旋转单管22优选为内径和分布孔内径等径；旋转单管22优选沿旋转轴19对称分布，对称的旋转单管22形状和尺寸相同；旋转单管内径优选大于所要分离的固体颗粒直径的3倍以上。

上述技术方案中，所述旋转单管22总面积以圆形面积计的直径优选为固定套筒内径的0.1～0.5倍；旋转单管22长度优选为液固分离槽圆筒直径的0.2～1.0倍；旋转单管22底端到液固分离槽23内壁面的距离优选为液固分离槽圆筒直径的0.1～1倍；旋转单管22优选向下倾斜安装，安装方向与水平面的夹角优选为15°～75°。

上述技术方案中，所述液固分离槽23优选由圆筒和连接圆筒的下封头组成；下封头优选为缩径圆台或球面，下封头上端面直径优选和圆筒直径相等；下封头高度优选为圆筒直径的0.2～2倍；所述液固分离槽4中优选设置颗粒滤板5和液体管路(17)，颗粒滤板 5优选位于液体管路17管口下方、管口或管内。

上述技术方案中，所述颗粒滤板5的孔径与所分离的固体颗粒的直径比优选为0.2～0.9。

为解决上述技术问题之二，本发明所采用的技术方案如下：一种自洁式流化床换热器，包括：换热器、上述解决技术问题之一所述技术方案中任一所述的液固加速分离器4、液体储槽6、液体循环泵7、下降管8、水平管10、固体加料罐11；其中，所述换热器包括下管箱1、换热器列管2和上管箱，下管箱1与所述水平管10的一端连接，水平管10的另一端连接液体循环泵7；所述液固加速分离器4通过下降管8与下管箱1与液体循环泵 7之间的水平管10段连接；下降管8与下管箱1之间的水平管10段上连接固体加料罐；所述固定套筒20通过液固混合物管路16与上管箱3连接，所述液固分离槽23通过液体管路17与液体储槽6连接。

上述技术方案中，所述自洁式流化床换热器还优选包括喷嘴9；所述喷嘴9位于水平管10与下降管8连接处水平管10内与液体循环泵7连接的一侧；或者所述喷嘴9包括单向阀和倾斜管，所述单向阀包括弹片C、上方挡片B和转轴A，所述倾斜管安装在水平管和下降管交汇处，倾斜管和水平面的倾角为30°～90°，伸入水平管的长度为水平管直径的0～0.9倍，此时更有利于加速循环。

上述技术方案中，所述下降管8上优选设有主阀12、上计量阀13、下计量阀14和计量罐15；其中，所述上计量阀13、下计量阀14设置在与下降管8分上下相连的支路管道上，上下管道之间连接计量罐15，所述主阀12设置于上支路管道和下支路管道连接点之间的下降管8上。

上述技术方案中，所述上计量阀13关闭，主阀12打开，固体颗粒进行计量，计量完成后下计量阀14打开，固体颗粒进入下降管8继续在流化床换热器中完成固体颗粒循环。

上述技术方案中，关闭主阀12、下计量阀14，打开上计量阀13，固体颗粒进入计量罐15，完成计量。

上述技术方案中，计量罐15优选由透明材质制成，计量罐15内壁按照体积标有刻度。

为解决上述技术问题之三，本发明所采用的技术方案如下：一种自洁式流化床换热器加速循环的方法，采用上述解决技术问题之二所述技术方案中任一所述的自洁式流化床换热器。

上述技术方案中，所述流化床换热器使用的固体颗粒优选为不与使用场合系统内介质发生反应的惰性颗粒，固体颗粒的堆密度大于液相密度。更进一步优选为硅酸锆珠、刚玉球、瓷球、氧化铝珠、硅酸锆珠、硅酸锆、钢球、工程塑料、聚甲醛颗粒、聚四氟乙烯颗粒、小石子、切碎的金属丝、胶球中的一种或多种，更优选硅酸锆、氧化铝珠和硅酸锆珠。颗粒平均粒径为1mm～5mm；颗粒在所述流化床换热器内的平均体积固含率为0.1％～6％。

上述技术方案中，流化床换热器的换热器列管2中循环水流速操作范围优选为0.8m/s～4m/s。

本发明的技术方案及方法中，以稳定操作时单位时间内计量罐15中固体颗粒质量循环量来表征固体颗粒循环效果。计量罐15中固体颗粒质量循环量计算方式为：

固体颗粒质量循环量＝固体颗粒密度×计量罐刻度部分总体积×计量罐刻度读数/时间。

采用本发明的技术方案，采用一种包括液固分离槽和内设的电机带动的旋转加速装置的液固加速分离器，通过电机旋转加速装置在液固分离槽中加速固体颗粒从下降管进入水平管的速度，实现固体颗粒在换热器列管内的有效循环，固体颗粒质量循环量可达420克 /分钟以上，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明所述流化床换热器流程示意图。

图2为本发明所述液固加速分离器示意图。

图3为旋转加速装置旋转台横截面示意图。

图1中，1为下管箱；2为换热器列管；3为上管箱；4为液固加速分离器；5为颗粒滤板；6为液体储槽；7为液体循环泵；8为下降管；9为喷嘴；10为水平管。11为加料罐；12为下降管流量控制阀，13，14为计量阀，15为计量罐，16为液固分离混合物入口， 17为液固分离上清液出口，18为电机，19为旋转轴，20为固定套筒，21为旋转台，22 为旋转单管。23为液固分离槽。

其中，上管箱3连接液固加速分离器4，液固加速分离器4分出来两路，一路固相连接位于下降管8和水平管10交汇处的喷嘴9，另一路液相从颗粒滤板5上部连接固体颗粒槽6，固体颗粒槽6连接液体循环泵7，液体循环泵7连接水平管10。通过控制阀12，13， 14计量固体颗粒的循环量。液固分离混合物16进入液固加速分离器固定套筒20中后进入和旋转台21连接的旋转单管22中。通过电机16带动旋转轴19旋转，带动旋转台21及旋转单管22一起旋转后甩出进入液固分离槽23缩径圆台后再进入下降管中。

图2中，17为液固分离上清液出口，18为电机，19为旋转轴，20为固定套筒，21 为旋转台，22为旋转单管。23为液固分离槽。

图3中，(a)、(b)分别为等径和非等径的旋转台横截面。

下面通过实施例和对比例对本发明作进一步阐述，但本发明的方法并不仅限于此。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明的方法。

【实施例1】

采用图1所示防除垢循环流化床换热器。该流化床换热器内设123根换热列管，每根管长1000mm，管径为Φ22×1.5mm，管子呈正方形排列。水平管管径50mm，下降管管径25mm。液相为水。固体颗粒为平均粒径2mm的硅酸锆，固体颗粒在该流化床换热器内的平均体积固含率为3％。液相为水，流速为2m/s。液固分离加速器体系中，旋转轴转速为300rpm，固定套筒直径为液固分离槽圆筒直径的0.2倍，旋转台横截面为多个等径圆孔圆形平面，旋转台横截面开孔率为0.2。横截面分布圆孔沿横截面圆心对称分布，旋转单管君为和旋转台相连圆孔等径的空心管，旋转单管沿旋转轴对称分布，旋转单管总面积平均直径为固定套筒内径的0.2倍；旋转单管长度为液固分离槽圆筒直径的0.5倍；旋转单管底部到液固分离槽的距离为液固分离槽圆筒直径的0.5倍。旋转单管安装方向与水平面的夹角为45°。液固分离槽缩径圆台高度为圆筒直径的0.5倍。单管内径与固体颗粒直径的比值为5。该条件下，稳定运行后，测得计量罐内固体颗粒质量循环量为422克/分钟。

【实施例2～10】

采用图1所示防除垢循环流化床换热器。该流化床换热器内设123根换热列管，每根管长1000mm，管径为Φ22×1.5mm，管子呈正方形排列。水平管管径50mm，下降管管径25mm。液相为水。在实施例1的基础上，改变旋转轴转速(SP)、固定套筒直径与液固分离槽圆筒直径的比值(L1)、旋转台横截面多孔的形状(T)、旋转台横截面开孔率 (R)、旋转单管长度与液固分离槽圆筒直径的比值(L2)、旋转单管底部到液固分离槽的距离与液固分离槽圆筒直径的比值(L3)、旋转单管安装方向与水平面的夹角(A1)、液固分离槽缩径圆台高度与圆筒直径的比值(L4)、旋转单管总面积平均直径与固定套筒内径的比值(L5)、单管内径与固体颗粒直径的比值(L6)。稳定运行后，计量固体颗粒质量循环量(MT)，其结果列于表1。

表1

【对比例1】

采用图1所示防除垢循环流化床换热器。该流化床换热器内设123根换热列管，每根管长1000mm，管径为Φ22×1.5mm，管子呈正方形排列。水平管管径50mm，下降管管径25mm。液相为水。在实施例1的基础上，不设置液固加速分离器。稳定运行后，计量得知固体颗粒质量循环量为285g.min^-1。循环效果不佳。

【对比例2～9】

采用图1所示防除垢循环流化床换热器。该流化床换热器内设123根换热列管，每根管长1000mm，管径为Φ22×1.5mm，管子呈正方形排列。水平管管径50mm，下降管管径25mm。液相为水。在实施例1的基础上，改变旋转轴转速(SP)、固定套筒直径与液固分离槽圆筒直径的比值(L1)、旋转台横截面多孔的形状(T)、旋转台横截面开孔率 (R)、旋转单管长度与液固分离槽圆筒直径的比值(L2)、旋转单管底部到液固分离槽的距离与液固分离槽圆筒直径的比值(L3)、旋转单管安装方向与水平面的夹角(A1)、液固分离槽缩径圆台高度与圆筒直径的比值(L4)、旋转单管总面积平均直径与固定套筒内径的比值(L5)，计量固体颗粒质量循环量(MT)，其结果列于表2。

表2

【对比例10】

采用图1所示防除垢循环流化床换热器。在实施例1的基础上，设置单管内径与固体颗粒直径的比值为2。稳定运行后，发现单管容易堵塞。循环效果不佳。

Claims (10)

1.一种用于自洁式流化床换热器的液固加速分离器，包括液固分离槽(23)，所述液固分离槽(23)中设置有旋转装置，所述旋转装置包括电机(18)、旋转轴(19)、固定套筒(20)、旋转台(21)和旋转单管(22)，旋转轴(19)上从上而下依次连接有固定套筒(20)和旋转台(21)，所述旋转台(21)设有分布孔，旋转单管(22)与旋转台(21)下端面密闭连接，且与分布孔连通；所述固定套筒(20)设有液固混合物入口，用于连接液固混合物管路(16)，所述液固分离槽(23)设有上清液出口，用于连接液体管路(17)。

2.根据权利要求1所述的液固加速分离器，其特征在于，所述旋转台(21)由电机(18)通过旋转轴(19)带动转动；旋转轴(19)旋转速度优选为100～600rpm。所述固定套筒(20)直径和旋转台(21)直径优选相同；固定套筒(20)直径优选为液固分离槽(23)直径的0.01～0.9倍。

3.根据权利要求1或2所述的液固加速分离器，其特征在于，所述旋转台(21)横截面为圆形；所述旋转台(21)上分布孔的开孔率为10％～50％；优选为所述分布孔形状相同，更优选所述分布孔形状为中心对称图形，最优选为圆形或正多边形；所述分布孔优选沿旋转台(21)横截面圆心对称分布，形状和尺寸相同。

4.根据权利要求1或2所述的液固加速分离器，其特征在于，所述旋转单管(22)外径尺寸与所述的分布孔内径尺寸相同，旋转单管内径大于所要分离的固体颗粒直径的3倍以上。

5.根据权利要求1或2所述的液固加速分离器，其特征在于，所述旋转单管(22)为内径和分布孔内径等径；旋转单管(22)沿旋转轴(19)对称分布，对称的旋转单管(22)形状和尺寸相同；旋转单管内径大于所要分离的固体颗粒直径的3倍以上。

6.根据权利要求1或2所述的液固加速分离器，其特征在于，所述旋转单管(22)总面积以圆形面积计的直径为固定套筒内径的0.1～0.5倍；旋转单管(22)长度为液固分离槽圆筒直径的0.2～1.0倍；旋转单管(22)底端到液固分离槽(23)内壁面的距离为液固分离槽圆筒直径的0.1～1倍；旋转单管(22)向下倾斜安装，安装方向与水平面的夹角为15°～75°。

7.根据权利要求1或2所述的液固加速分离器，其特征在于，所述液固分离槽(23) 由圆筒和连接圆筒的下封头组成；下封头为缩径圆台或球面，下封头上端面直径和圆筒直径相等；下封头高度为圆筒直径的0.2～2倍；所述液固分离槽(4)中设置颗粒滤板(5)和液体管路(17)，颗粒滤板(5)位于液体管路(17)管口下方、管口或管内。

8.一种自洁式流化床换热器，包括：换热器、权利要求1～7任一所述的液固加速分离器(4)、液体储槽(6)、液体循环泵(7)、下降管(8)、水平管(10)、固体加料罐(11)；其中，所述换热器包括下管箱(1)、换热器列管(2)和上管箱，下管箱(1)与所述水平管(10)的一端连接，水平管(10)的另一端连接液体循环泵(7)；所述液固加速分离器(4)通过下降管(8)与下管箱(1)与液体循环泵(7)之间的水平管(10)段连接；下降管(8)与下管箱(1)之间的水平管(10)段上连接固体加料罐；所述固定套筒(20)通过液固混合物管路(16)与上管箱(3)连接，所述液固分离槽(23)通过液体管路(17)与液体储槽(6)连接。

9.根据权利要求8所述自洁式流化床换热器，其特征在于，所述自洁式流化床换热器还包括喷嘴(9)；所述喷嘴(9)位于水平管(10)与下降管(8)连接处水平管(10)内与液体循环泵(7)连接的一侧；或者所述喷嘴(9)包括单向阀和倾斜管，所述单向阀包括弹片C、上方挡片B和转轴A，所述倾斜管安装在水平管和下降管交汇处，倾斜管和水平面的倾角为30°～90°，伸入水平管的长度为水平管直径的0～0.9倍。

10.一种自洁式流化床换热器加速循环的方法，采用权利要求8或9所述的自洁式流化床换热器。

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