CN114198986A - 一种循环流化床 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种循环流化床，底仓、料仓、流化上仓及主动旋流分离仓；料仓的底部设置有布风板，底仓的上端与料仓相连通；料仓的上端与流化上仓相连通，本发明适用于流化床技术领域，具备三种运行模式，分别是自循环模式、部分自循环模式，全新风模式，根据物料的具体情况和工艺要求可以选用不同的工作模式，并可通过阀门等设施进行切换，通过选用不同的运行模式，可以在确保流化效果的前提下有效控制细粉脱漏比例，适应更加严苛的流化床工况；能够对干燥后的物料中的细粉进行单独分离，减少出料过程以及后续工段的粉尘飞扬，有利于保护工作环境。

Description

一种循环流化床
技术领域
本发明属于流化床技术领域，具体是一种循环流化床。
背景技术
流化床，又称沸腾床，是一种利用气流通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应的装置。沸腾床广泛应用于化工、医药、食品、锅炉等领域，是干燥、化学反应、燃烧、制粒、包衣等工艺过程的核心装备。流化床在工作的过程中，气体通过固体颗粒层时会带走大量的粉尘，需要通过过滤分离装置将粉尘分离出来，否则会降低收率，污染环境。
本申请人于2020年申报了申请号为202010630587.X及202010630184.5的发明专利。其中申请号为202010630587.X的专利公开了一种新型粉尘分离收集装置，申请号为202010630184.5的专利公开了一种新型流化床。该技术利用离心风叶驱动气流旋转，从而实现粉尘分离，提高了分离效率。但该技术存在一定的不足，主要表现在如下两个方面：
第一，该分离法对较细的粉尘按比例截留，会有极少量比例的粉尘脱漏，绝大多数的粉尘可以回流到料仓继续流化，如此循环。尽管该技术的分离效率高于传统的旋风分离技术，但在流化床工作过程中，回流的细粉又会被气流再次带入旋风分离仓，随着时间的累计，脱漏的细粉的绝对数量就会不断累计增加，从而造成总体上的分离效率下降。另一方面，干燥后物料含有大量细粉，也会增加后面工序粉尘污染，带来除尘负担。
第二，在某些特定的工艺环节，比如粉末干燥、喷雾制粒早期、颗粒干燥的后期等过程，物料中的细粉含量较高，脱漏的细粉量会等比例增大。上述技术所述的流化床，虽然通过降低系统整体排风量可以有效降低脱粉率，但风量太小又会降低流化效果，影响工艺目标的实现，因而在细粉比例较高时，难以取得满意的分离效果。
本申请旨在公布一种流化床，能够实现内部气流自循环，在降低排风风量的同时，保证流化效果，同时可根据工艺需要，将物料中的细粉单独分离出来，从而降低损耗，减少粉尘对环境的污染。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种循环流化床。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种循环流化床，包括：底仓、料仓、流化上仓及主动旋流分离仓；
所述料仓的底部设置有布风板，所述底仓的上端与料仓相连通；所述料仓的上端与流化上仓相连通；
所述主动旋流分离仓包括筒体，所述筒体采用圆筒形结构，包括侧壁、端面A、端面B，所述端面B的中心位置开设有中心风口，所述端面B与侧壁连接处底端开设有集尘口，所述集尘口下方连接设置有集尘仓；
所述端面A与侧壁连接处开设有末端排风口；
所述端面A中心处穿插设置有驱动轴，所述驱动轴位于端面A内侧的一端设置有离心风叶。
所述流化上仓的上部开设有流化上仓排风口，所述流化上仓排风口与中心风口之间相互连通；
所述集尘仓底部开设有排尘口，所述排尘口与底仓通过回流管A及控制阀A连通。
优选的，所述流化上仓的侧壁上开设有回流口，所述排尘口通过回流管B与回流口相连。
优选的，所述回流管B上装有控制阀B。
优选的，还包括旋风分离器，其上端开设有进风口和排风口，其底部开设有出料口；
所述出料口与收集容器或排料阀相连通；
所述进风口通过回流管C与排尘口相连；所述回流管C上装有控制阀C；
所述排风口通过回流管D与流化上仓侧壁上的回流口相连通；所述回流管D上装有控制阀D。
优选的，所述末端排风口与排风过滤器相连。
优选的，所述末端排风口或所述排风过滤器与排风风机相连。
优选的，所述底仓与新风管道相连通，所述新风管道与空气加热过滤装置相连通。
优选的，所述新风管道上设有新风控制阀。
优选的，所述筒体内部靠近中心风口的区域装有导流板，所述导流板为圆形平板，其圆心在筒体的中轴线上，其直径大于所述中心风口的直径。
优选的，所述流化上仓排风口与中心风口之间通过中心连接管连通。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中，流化床具备三种运行模式，分别是自循环模式、部分自循环模式，全新风模式，根据物料的具体情况和工艺要求可以选用不同的工作模式，并可通过阀门等设施进行切换，通过选用不同的运行模式，可以在确保流化效果的前提下有效控制细粉脱漏比例，适应更加严苛的流化床工况；
本发明中，能够对干燥后的物料中的细粉进行单独分离，减少出料过程以及后续工段的粉尘飞扬，有利于保护工作环境。
附图说明
图1是本发明一种循环流化床的整体结构示意图；。
附图标记：01、底仓；011、新风管道；012、新风控制阀；013、空气加热过滤装置
02、料仓；021、布风板；
03、流化上仓；031、流化上仓排风口；032、中心连接管；033、顶喷喷枪；034、回流口；
04、主动旋流分离仓；041、筒体；04101、侧壁；04102、端面A；04103、端面B；042、离心风叶；043、驱动轴；044、中心风口；045、导流板；046、末端排风口；047、集尘口；048、集尘仓；049、排尘口；0410、控制阀A；0411、回流管A；0412、回流管B；0413、控制阀B；0414、回流管C；0415、控制阀C；0416、回流管D；0417、控制阀D；0418、排风过滤器；0419、排风风机；
05、旋风分离器；051、进风口；052、排风口；053、出料口；054、收集容器；055、排料阀；
具体实施方式
以下结合附图1，进一步说明本发明一种循环流化床的具体实施方式。本发明一种循环流化床不限于以下实施例的描述。
实施例1：
本实施例给出一种循环流化床的具体实施方式，如图1所示，包括：底仓01、料仓02、流化上仓03及主动旋流分离仓04；
料仓02的底部设置有布风板021，底仓01的上端与料仓02相连通；料仓02的上端与流化上仓03相连通；
主动旋流分离仓04包括筒体041，筒体041采用圆筒形结构，包括侧壁04101、端面A04102、端面B04103，端面B04103的中心位置开设有中心风口044，端面B04103与侧壁04101连接处底端开设有集尘口047，集尘口047下方连接设置有集尘仓048；
端面A04102与侧壁04101连接处开设有末端排风口046；
端面A04102中心处穿插设置有驱动轴043，驱动轴043位于端面A04102内侧的一端设置有离心风叶042。
流化上仓03的上部开设有流化上仓排风口031，流化上仓排风口031与中心风口044之间相互连通；
集尘仓048底部开设有排尘口049，排尘口049与底仓01通过回流管A0411及控制阀A0410连通。
实施例2：
本实施例给出一种循环流化床的具体实施方式，如图1所示，其他结构与实施例1相似，流化上仓03的侧壁上开设有回流口034，排尘口049通过回流管B0412与回流口034相连。
实施例3：
本实施例给出一种循环流化床的具体实施方式，如图1所示，其他结构与实施例2相似，回流管B0412上装有控制阀B0413。
实施例4：
本实施例给出一种循环流化床的具体实施方式，如图1所示，其他结构与实施例2相似，还包括旋风分离器05，其上端开设有进风口051和排风口052，其底部开设有出料口053；
出料口053与收集容器054或排料阀055相连通；
进风口051通过回流管C0414与排尘口049相连；回流管C0414上装有控制阀C0415；
排风口052通过回流管D0416与流化上仓03侧壁上的回流口034相连通；回流管D0416上装有控制阀D0417。
实施例5：
本实施例给出一种循环流化床的具体实施方式，如图1所示，其他结构与实施例3相似，还包括旋风分离器05，其上端开设有进风口051和排风口052，其底部开设有出料口053；
出料口053与收集容器054或排料阀055相连通；
进风口051通过回流管C0414与排尘口049相连；回流管C0414上装有控制阀C0415；
排风口052通过回流管D0416与流化上仓03侧壁上的回流口034相连通；回流管D0416上装有控制阀D0417。
实施例6：
本实施例给出一种循环流化床的具体实施方式，如图1所示，其他结构与实施例1相似，末端排风口046与排风过滤器0418相连。
实施例7：
本实施例给出一种循环流化床的具体实施方式，如图1所示，其他结构与实施例1相似，底仓01与新风管道011相连通，新风管道011与空气加热过滤装置013相连通。
实施例8：
本实施例给出一种循环流化床的具体实施方式，如图1所示，其他结构与实施例1相似，末端排风口046或排风过滤器0418与排风风机0419相连。
实施例9：
本实施例给出一种循环流化床的具体实施方式，如图1所示，其他结构与实施例6相似，末端排风口046或排风过滤器0418与排风风机0419相连。
实施例10：
本实施例给出一种循环流化床的具体实施方式，如图1所示，其他结构与实施例7相似，新风管道011上设有新风控制阀012。
实施例11：
本实施例给出一种循环流化床的具体实施方式，如图1所示，其他结构与实施例1相似，筒体041内部靠近中心风口044的区域装有导流板045，导流板045为圆形平板，其圆心在筒体041的中轴线上，其直径大于中心风口044的直径。
实施例12：
本实施例给出一种循环流化床的具体实施方式，如图1所示，其他结构与实施例1相似，流化上仓排风口031与中心风口044之间通过中心连接管032连通。
实施例13：
本实施例给出一种循环流化床的具体实施方式，如图1所示，其他结构与实施例1相似，流化上仓排风口031可开在流化上仓03顶部或侧壁上部，和中心风口044的连接方式可采用管道连接或采用两口重合的方式连接，当采用两口重合方式连接时，排风口031开在流化上仓03侧壁上部。
实施例14：
本实施例给出一种循环流化床的具体实施方式，如图1所示，其他结构与实施例5相似，旋风分离器出料口053可直接连接收集容器054，或连接排料阀055，排料阀055另一端再连接收集容器054；排料阀054可选用常规的开关控制阀，也可以选用关风阀。
实施例15：
本实施例给出一种循环流化床的具体实施方式，如图1所示，其他结构与实施例5相似，回流管C的一端连接旋风分离器进风口051，另一端可连接主动旋流分离仓排尘口049，也可和回流管B的前段连接；回流管D的一端连接旋风分离器排风口052，另一端可连接流化上仓回流口034，也可和回流管B的后段连接。
实施例16：
本实施例给出一种循环流化床的具体实施方式，如图1所示，其他结构与实施例7相似，所述流化上仓03的内部装有顶喷喷枪033，所述顶喷喷枪的喷口向下。
工作原理：
驱动轴043带动离心风叶042高速旋转，在主动旋流分离仓筒体041内部形成两股螺旋气流，分别是外螺旋气流和内螺旋气流。空气被离心风叶042加速，从离心风叶042外缘流出，形成外螺旋气流，外螺旋气流沿筒体侧壁04101旋转，并同时从端面A向端面B移动；到达端面B后向内缩小旋转半径形成内螺旋气流并向离心风叶042中心方向移动，到达离心风叶042后再次被风叶加速，进入外螺旋气流，如此反复循环。为便于描述，以下将此循环气流简称为内循环气流。
在主动旋流分离仓筒体041内部的循环气流中，外螺旋气流的气压大于内螺旋气流的气压，形成压差梯度，这样，集尘仓048内的气压高于中心风口044内的气压，开启控制阀A、关闭新风控制阀012，气流会沿着集尘口047、集尘仓048、排尘口049、回流管A、底仓01、布风板021、流化上仓03、流化上仓排风口031、中心连接管032、中心风口044流动，就形成了另一个循环气流。为便于描述，以下将此循环气流称为外循环气流。
在气流的作用下，料仓02内的物料会被气流吹起，并达到流化状态，从而达到干燥、制粒、包衣、气固反应等工艺过程的工艺要求。此时，整个系统内部的气流处于自循环状态，系统不采新风，也不向外排风，此时的运行模式为“自循环模式”。
在物料流化的过程中，部分细粉随气流从中心风口044进入主动旋流分离仓筒体041内部，并汇入内螺旋气流，开始高速旋转，在离心力的作用下，细粉的旋转半径不断增大，并最终到达筒体侧壁04101并汇集，随外螺旋气流旋转，同时沿筒体侧壁04101向端面B移动，最终流入集尘口047，汇入集尘仓048，并经排尘口049、回流管A流入底仓01，穿过布风板021后，再次回到料仓02。经过这一过程，气流所携带的细粉被分离出来。
开启新风控制阀012，系统会从环境中抽入一定量的新风，并排出等量的排风，排风所携带的极小量粉尘被排风过滤器0418截留，洁净的空气排到外环境中。此时系统的运行模式为“部分自循环模式”。
在某些工况下，比如料仓内物料较重，或者是流化风量较大，导至布风板021两端的压差增大，超出主动旋流分离仓筒体041内的压差梯度，就不能使用自循环模式。关闭控制阀A，打开控制阀B，打开新风控制阀012，自循环气流被阻断，但此时集尘仓048内的粉尘可通过回流管B回流到流化上仓03。因为流化上仓03直接与中心风口044相连通，因而其风压接近于内螺旋气流的压差，始终低于集尘仓048内的风压，所以这种回流方式在三种运行模式下都可以实现。此时系统的工作模式为“全新风模式”。
在“自循环模式”下，整个系统不对外排风，因而也不会有粉体脱漏，该模式适合在喷雾制粒早期使用。在喷雾制粒早期，料仓内的物料均为细粉，在自循环模式下进行少量的喷雾操作，可以有效控制粉尘脱漏。待物料适度润湿后，细粉量减小，再适当开启新风，进入“部分自循环模式”进行后续的喷雾和干燥。“部分自循环”模式还适应于粉末干燥，此时通过布风板021的气流既有自循环气流，又有新风，可以在减少排风的同时保证流化状态。当物料湿度较大，粘度大或者流动性不好，难以流化时，可以采用“全新风模式”，此时排风量较大，但因物料中没有细粉，整个系统的细粉脱漏率仍然可以控制在极低的水平。
在使用流化床进行湿颗粒干燥时，在干燥末期，随着物料含水量的降低，物料中细粉量会逐步增加，此时可以关闭控制阀B、打开控制阀C，和控制阀D，集尘仓048的气流就会沿回流管C、控制阀C、旋风分离器、回流管D、回流口034进入流化上仓03，在此过程中，粉尘被旋风分离器分离出来。这样，干燥结束后，留在料仓02内的物料的含粉量就会非常低，可以有效减少出料过程及后续工序中的粉尘飞扬，有利于保护生产环境。
根据离心加速度的规律，旋转中心的离心加速度为零。因而在内螺旋气流的中心，也就是筒体041中轴线所在的位置，有一个细长的管状区域，该区域的离心力接近于零，是分离盲区。这一现象会导致少量流入该通道的细粉无法被分离出来，从而影响整体分离效果。导流板045的作用就是阻止从中心风口044流入的气流直接进入分离盲区，从而提高分离效果。
主动旋流分离仓04自身具备排风风机的功能，但在某些特定的情况下，需要增加系统内的负压(比如排风过滤器阻力较大、使用真空抽料的方式进料)或提高风量，可在排风过滤器后段加装排风风机。
为便于收集分离后的物料，可根据实际工艺需要在旋风分离器出料口连接贮料容器、排料阀、关风机等。
工作流程：
驱动轴043带动离心风叶042高速旋转，形成内循环气流。
在主动旋流分离仓筒体041内循环气流中，外螺旋气流会沿着集尘口047、集尘仓048、排尘口049、回流管A、底仓01、布风板021、流化上仓03、流化上仓排风口031、中心连接管032、中心风口044流动，就形成外循环气流。
在气流的作用下，料仓02内的物料会被气流吹起，并达到流化状态，此时采用“自循环模式”，顶喷喷枪033开始喷液雾化。部分细粉随气流从中心风口044进入主动旋流分离仓筒体041内部，并汇入内螺旋气流，开始高速旋转，在离心力的作用下，细粉的旋转半径不断增大，并最终到达筒体侧壁04101并汇集，随外螺旋气流旋转，同时沿筒体侧壁04101向端面B移动，最终流入集尘口047，汇入集尘仓048，并经回流管A流入底仓01，穿过布风板021后，再次回到料仓02。经过这一过程，气流所携带的细粉被分离出来。
喷雾一段时间，粉料被润湿并成细粒，影响了流化状态，进入外循环气流中的粉量减少，这时采用“部分自循环模式”；开启新风控制阀012，系统会从环境中抽入一定量的新风，并排出等量的排风，排风所携带的极小量粉尘被排风过滤器0418截留，洁净的空气排到外环境中。
继续喷雾一段时间，料仓02内物料较重，只有极少量细粉进入外循环气流，此时采用“全新风模式”；关闭控制阀A，打开控制阀B，打开新风控制阀012，自循环气流被阻断，但此时集尘仓048内的粉尘可通过回流管B回流到流化上仓03。因为流化上仓03直接与中心风口044相连通，因而其风压接近于内螺旋气流的压差，始终低于集尘仓048内的风压，所以这种回流方式在三种运行模式下都可以实现。
喷雾制粒结束后，进行湿颗粒干燥，在干燥末期，随着物料含水量的降低，物料中细粉量会逐步增加，此时可以关闭控制阀B、打开控制阀C和控制阀D，集尘仓048的气流就会沿回流管C、旋风分离器、回流管D、回流口034进入流化上仓03，在此过程中，粉尘被旋风分离器分离出来，汇集到收集容器054。这样，干燥结束后，留在料仓02内的物料的含粉量就会非常低，可以有效减少出料过程及后续工序中的粉尘飞扬，有利于保护生产环境。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种循环流化床，其特征在于，包括：底仓(01)、料仓(02)、流化上仓(03)及主动旋流分离仓(04)；
所述料仓(02)的底部设置有布风板(021)，所述底仓(01)的上端与料仓(02)相连通；所述料仓(02)的上端与流化上仓(03)相连通；
所述主动旋流分离仓(04)包括筒体(041)，所述筒体(041)采用圆筒形结构，包括侧壁(04101)、端面A(04102)、端面B(04103)，所述端面B(04103)的中心位置开设有中心风口(044)，所述端面B(04103)与侧壁(04101)连接处底端开设有集尘口(047)，所述集尘口(047)下方连接设置有集尘仓(048)；
所述端面A(04102)与侧壁(04101)连接处开设有末端排风口(046)；
所述端面A(04102)中心处穿插设置有驱动轴(043)，所述驱动轴(043)位于端面A(04102)内侧的一端设置有离心风叶(042)。
所述流化上仓(03)的上部开设有流化上仓排风口(031)，所述流化上仓排风口(031)与中心风口(044)之间相互连通；
所述集尘仓(048)底部开设有排尘口(049)，所述排尘口(049)与底仓(01)通过回流管A(0411)及控制阀A(0410)连通。
2.如权力要求1所述的循环流化床，其特征在于：所述流化上仓(03)的侧壁上开设有回流口(034)，所述排尘口(049)通过回流管B(0412)与回流口(034)相连。
3.如权力要求2所述的循环流化床，其特征在于：所述回流管B(0412)上装有控制阀B(0413)。
4.如权利要求2或3任一所述的循环流化床，其特征在于：还包括旋风分离器(05)，其上端开设有进风口(051)和排风口(052)，其底部开设有出料口(053)；
所述出料口(053)与收集容器(054)或排料阀(055)相连通；
所述进风口(051)通过回流管C(0414)与排尘口(049)相连；所述回流管C(0414)上装有控制阀C(0415)；
所述排风口(052)通过回流管D(0416)与流化上仓(03)侧壁上的回流口(034)相连通；所述回流管D(0416)上装有控制阀D(0417)。
5.如权利要求1所述的循环流化床，其特征在于：所述末端排风口(046)与排风过滤器(0418)相连。
6.如权利要求1或5任一所述的循环流化床，其特征在于：所述末端排风口(046)或所述排风过滤器(0418)与排风风机(0419)相连。
7.如权利要求1所述的循环流化床，其特征在于：所述底仓(01)与新风管道(011)相连通，所述新风管道(011)与空气加热过滤装置(013)相连通。
8.如权利要求7所述的循环流化床，其特征在于：所述新风管道(011)上设有新风控制阀(012)。
9.如权利要求1所述的循环流化床，其特征在于：所述筒体(041)内部靠近中心风口(044)的区域装有导流板(045)，所述导流板(045)为圆形平板，其圆心在筒体(041)的中轴线上，其直径大于所述中心风口(044)的直径。
10.如权利要求1所述的循环流化床，其特征在于：所述流化上仓排风口(031)与中心风口(044)之间通过中心连接管(032)连通。
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