CN1196639C - 用于流化物料的阻力可调式气体分配装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于流化物料的阻力可调式气体分配装置，主要包括进气管和气体喷口，在进气管的上部有一个与进气管同轴布置与之螺纹连接的帽状分配头，帽状分配头内壁与进气管外壁之间有气体流动腔，分配头上开有气体喷口，气体喷口是以分配头的轴线为中心径向分布于帽状分配头侧壁的孔，进气管上段伸入到帽状分配头腔内，与帽状分配头之间形成气体阻力可调腔式结构。气体喷口的直径在φ5～25mm之间，喷口均布于分配头周围，喷口在沿风帽的高度方向上可以单层布置，也可以多层布置，至少有一个最下一层喷口的进气端与分配头的底部内表面平齐。喷口与水平面之间的夹角α一般在0～30°范围内。

Description

用于流化物料的阻力可调式气体分配装置

技术领域

本发明涉及一种用于流化物料的阻力可调式气体分配装置，是流化床中用于流化物料的一种气体分配装置。

背景技术

气体分配装置是流化床中至关重要的部件之一，特别是对于循环流化床，气体分配装置的阻力特性和结构布置的合理性，直接影响到布风板或布风装置的布风均匀性和能否建立一个具有良好流动特性的流化床。气体分配装置的阻力ΔP_f、床层物料阻力ΔP_s和流化床床层总阻力ΔP之间的关系见图10、11。图中：

ΔP＝P_f+ΔP_s

当流化气体自下而上穿过一个填充了一定数量固体颗粒的床层时，所述床层随着气流速度的增加，固体颗粒将分别呈现出固定床、鼓泡(沸腾)流化床、柱塞(节涌)流化床、湍流流化床、快速流化床和气力输送等几种流动状态。在这一过程中，床层物料阻力ΔP_s将随着气体流量的增加，总体呈现出先升后降地趋势，而气体分配装置的阻力ΔP_f则将随着气体流量的增加而增加。

图10是气体分配装置阻力与流化床床层总阻力相匹配的一组曲线。图中纵坐标表示阻力值，横坐标表示气体分配装置入口总的气体流量值Q。当选择了一种阻力特性与床层总阻力相适应的气体分配装置时，床层物料地阻力对于同一个床层总阻力值ΔP₁只有一个气体流量值Q₁与之对应。

图11是气体分配装置阻力与流化床床层总阻力不相匹配的一组曲线。当气体分配装置的阻力特性与床层总阻力不相适应时，对于同一个床层总阻力值ΔP₁可能对应有两个不同的气体流量值Q₂、Q₃，其中Q₃＞Q₂。这两个气体流量值Q₂、Q₃所表征的是在流化床床层中出现的两种截然不同的流动状态：对于气体流量值比较大的区域将存在沟流的流动状态，而气体流量值小的区域将有可能出现流化死区。这两种流动状态的出现对于流化床安全、稳定地工作是极为不利的。

在目前已经公开的气体分配装置即风帽形式中，运用得比较多的有蘑菇型风帽(图12)、“Γ”型定向或称为导向风帽(图13)、“S”型(猪尾巴)风帽(图14)如美国专利US 5376181、箭形风帽(图15)如美国专利US 5575086和钟罩式风帽(图16)等几种。在这几种形式的风帽之中，“Γ”型定向风帽、“S”型风帽和箭形风帽均属于的喷口直径相对大、喷口风速较高的一类风帽，对于这类风帽，在实际运行中多少都存在床层物料通过喷口反窜或漏落到风室或风箱中的情况；而对于蘑菇型风帽而言，由于这种风帽的阻力较低，不适宜在床层压降相对比较高、床面积较大的流化床中使用。钟罩式风帽与本装置在外形上比较相近，但其内部结构与本装置不同，同时还不具备本装置可以进行阻力特性调节的特点。

发明内容：

本发明的目的是为了解决床层物料通过风帽反窜和漏落到风室或风箱中的现象，并使所述床层处于一个稳定、均匀和良好的流动状态，特别是用于流化物料的一种阻力可调式气体分配装置。

本发明的技术方案是：用于流化物料的阻力可调式气体分配装置主要包括进气管和气体喷口，在进气管的上部有一个与进气管同轴布置、与进气管螺纹连接的帽状分配头，帽状分配头内壁与进气管外壁之间有气体流动腔，分配头上开有用于气体流通的气体喷口，气体喷口的设置是以分配头的轴线为中心径向分布于帽状分配头侧壁的孔，进气管上段伸入到帽状分配头腔内，分配头与进气管之间的螺纹重叠长度调整时，进气管与帽状分配头之间气体进入气体流动腔的气道截面积随之改变。

所述的阻力可调式气体分配装置，其气体喷口的直径在5～25mm之间，喷口均布于分配头周围，喷口在沿风帽的高度方向上可以单层布置，也可以多层布置，至少有一个最下一层喷口的进气端与分配头的底部内表面平齐。

所述的喷口与水平面之间的夹角α一般在0～30°范围内。

所述分配头外的上部或顶部为至少具有三个面的多棱柱状。

所述进气管上段与帽状分配头之间的气体阻力可调腔式结构是分配头顶部内壁与进风管端部之间形成一个供流化气体流通的缝隙截面，通过分配头与进气管之间螺纹重叠长度的调整，来改变所述缝隙截面积的大小，从而调节风帽的阻力特性。

所述进气管上段与帽状分配头之间的气体阻力可调腔式结构是帽状分配头内的顶部是一个圆锥状的凸起，使帽状分配头与进风管之间形成一个供流化气体流通的圆环截面，通过分配头与进气管之间螺纹配合部分重叠长度的调整，来改变所述圆环截面积的大小，从而调节风帽的阻力特性。

所述进气管上段与帽状分配头之间的气体阻力可调腔式结构是分配头内的顶部有一与进气管配合的圆柱凹槽，进气管的上端位于凹槽之中，进风管上部开设有若干流化气体进入分配头的开孔，通过分配头与进气管之间螺纹重叠长度的调整，来改变开孔埋入凹槽的数量或深度的多少，以达到调节风帽阻力特性的目的。

所述的阻力可调式气体分配装置，其分配头内壁与进气管之间设置了防止分配头与进气管配合偏心和防止进气管在使用过程中发生振动的定位块。

所述的阻力可调式气体分配装置，分配头内顶部设有进气管限位齿。

所述的阻力可调式气体分配装置，是分配头上喷口的位置上加设一定长度的喷管或喷嘴。

本发明的优点：

1)所述风帽的分配头与进气管之间采用螺纹连接，通过分配头与进气管之间螺纹配合部分重叠长度的调整，来改变风帽内部气体流通截面的大小，从而调节风帽的阻力特性。根据流化床的冷态试验或实际运行结果来进行整定和调节，从而使其与床层阻力相适应，达到建立稳定、均匀和良好流化状态的目的。

2)分配头上设有一段多棱柱表面，且进风管全部或绝大部分处于防磨耐火材料层或布风板/装置的保护之中，只有分配头直接与流化床床层中的物料相接触，因此，所述风帽的易损部位集中在分配头上。当分配1出现磨损时，易于安装、拆卸。

3)所述进气管的一端伸入所述分配头内部一定深度，在进气管和分配头之间形成一次密封，从而防止流化床中的固体考虑物进入进气管并漏落到风室或风箱中。

4)至少一个最下一层喷口的进气端与分配头的底部内表面平齐，以防止分配头内部积聚床层物料。

5)所述风帽具有阻力特性可调的特点，因此，当气体流量在一定范围内变化时，可以通过风帽内部气体流通截面大小的调节来维持风帽阻力基本维持在同一水平。基于这一特性，在单个风帽进气量差异不大的前提下，对于同一结构尺寸的特定风帽，可以分别在不同的流化床上使用。这样，可以实现风帽定型化、系列化和标准化的设计，从而降低风帽加工的工艺成本。

附图说明

图1是本发明的实施方案一。

图2是本发明的实施方案二。

图3是本发明的实施方案三。

图4是本发明的实施方案四。

图5是本发明实施方案一的上部A-A剖视详图。

图6是本发明实施方案一的分配头开孔区域B-B剖视详图。

图7是本发明实施方案一的三维外形图。

图8是施方案一的三维局部剖视图。

图9是本发明实施方案二的三维外形图。

图10是气体分配装置阻力与流化床床层总阻力相匹配的一组曲线。

图11是气体分配装置阻力与流化床床层总阻力不相匹配的一组曲线。

图12～16是目前已经公开的、运用得比较多的几种风帽形式。

具体实施方式

本发明是在流化床中用于流化物料的一种气体分配装置。所述的流化床通常具有一个容纳流化物料的空间，和一个用于装设气体分配装置即风帽的布风板或布风装置，布风板或布风装置下方是用于引入和混合流化气体的风室或风箱。

如图所示：阻力可调式气体分配装置的外形呈圆柱形，分为上下两个部分，上部为用于将流化气体分配并喷射入流化床床层的帽状分配头1，下部为用于引导流化气体从风箱或风室进入阻力可调式气体分配装置的进气管3。所述分配头1与进气管3之间采用同轴布置、螺纹连接。

所述分配头1的上部一段或顶部，被加工成形似螺母式的、至少具有三个面的多棱柱13，以便于风帽的拆卸和安装。分配头上开有至少一个用于流通流化气体的喷口5，喷口5的直径d₁一般在5～25mm之间。喷口5的设置是以分配头的轴线为中心、径向分布；喷口5在沿风帽的高度方向上可以单层布置，也可以多层布置；至少一个最下一层喷口5的进气端与分配头的底部内表面平齐，以防止分配头内部积聚床层物料；喷口5与水平面之间的夹角α一般在0～30°范围内。所述分配头1的下部内表面加工有一定长度的螺纹段，用于与进气管3之间的连接。

进气管3为一个圆柱形的管段，管段中部加工有一定长度的螺纹段，进气管3的直径d₂通常不大于80mm。所述进气管3的一端伸入分配头1内腔，与帽状分配头之间形成气体阻力可调腔式结构。通过分配头1与进气管3之间螺纹配合部分重叠长度的调整，来改变阻力可调式气体分配装置内部气体流通截面的大小，从而使阻力可调式气体分配装置阻力特性的调节得以实现。

图1是本发明的实施方案一。本方案风帽的由上部的分配头1和下部的进气管3两部分组成，分配头1与进气管3之间通过螺纹14进行连接。述分配头1的上部一段为被加工成形似六角螺母的六棱柱13，分配头1内的顶部加工了一个圆锥体6的突起，圆锥体6与进风管3之间形成一个供流化气体流通的圆环截面，通过分配头1与进气管3之间螺纹配合部分重叠长度的调整，来改变所述圆环截面积的大小，从而调节风帽的阻力特性。圆锥体6上设有用于防止进风管3与圆锥体6过度贴近的限位齿7。分配头1内壁上还设置了防止分配头1与进气管3配合偏心和防止进气管3在使用过程中发生振动的定位块2。本方案的分配头1上开设有两层喷口5。进气管3中部设有与进气管3连为一体的过渡管4，整个风帽通过将过渡管4与布风板或布风装置12焊接来进行固定。图5是本发明实施方案一的上部A-A剖视详图，图中给出了分配头1、进气管3、定位块2的关系；图6是本发明实施方案一的分配头开孔区域B-B剖视详图，图中给出了分配头1、进气管3、喷口5的关系。图7是本实施方案的三维外形图和三维局部剖视图，标号同上。

图2是本发明的实施方案二。本方案风帽的由上部的分配头1和下部的进气管3两部分组成，所述分配头1与进气管3之间通过螺纹进行连接。所述分配头1的顶部为被加工成形似六角螺母的六棱柱13，所述分配头1内的顶部被加工成一个圆柱形凹槽9，进风管3的一端位于凹槽9之中，所述凹槽9是由分配头1内的台阶8和分配头1的顶部内壁形成的。进风管3上部开设有若干槽形开孔10，流化气体通过所述槽形开孔10进入分配头1内。通过分配头1与进气管3之间螺纹14配合部分重叠长度的调整，来改变所述槽形开孔10埋入凹槽9的深度，从而改变流化气体的流通截面积，以达到调节风帽阻力特性的目的。台阶8一方面起到密封的作用，另一方面还可以防止分配头1与进气管3配合偏心和防止进气管3在使用过程中发生振动。本方案的分配头1上只开设有一层喷口5。通过进气管3与布风板或布风装置12的焊接来固定风帽。图8是本发明实施方案二的三维外形图.，标号同上。

图3是本发明的实施方案三。本方案风帽的由上部的分配头1、下部的进气管3组成，所述分配头1与进气管3之间通过螺纹进行连接，过渡管4通过焊接固定在进气管3上。所述分配头1的上部一段为被加工成形似六角螺母的六棱柱13，所述分配头1内的设置了防止配头1与进气管3配合偏心和防止进气管3在使用过程中发生振动的定位块2，顶部为用于防止进风管3端部与分配头1内壁过度拧紧的限位块7。在本方案中，定位块2和限位齿7采用一体化设计；分配头1上开设有三层喷口5。分配头1顶部内壁与进风管3端部之间形成一个供流化气体流通的缝隙截面，通过分配头1与进气管3之间螺纹14配合部分重叠长度的调整，来改变所述缝隙截面积的大小，从而调节风帽的阻力特性。进气管3中部设有通过焊接方式固定在进气管3上的过渡管4，整个风帽通过将过渡管4与布风板或布风装置12焊接来进行固定。

图4是本发明的实施方案四。本方案风帽的由上部的分配头1、下部的进气管3和固定螺母11三部分组成，分配头1与进气管3之间通过螺纹进行连接。分配头1的上部一段为被加工成形似六角螺母的六棱柱13，分配头1内的顶部被加工成一个凹槽9，进风管3的一端位于凹槽9之中，凹槽9是由分配头1内的台阶8和分配头1的顶部内壁形成的。进风管3上部开设有若干开孔10，流化气体通过所述开孔10进入分配头1。通过分配头1与进气管3之间螺纹14配合部分重叠长度的调整，来改变埋入凹槽9的开孔10的数量，从而改变流化气体的流通截面积，以达到调节风帽阻力特性的目的。所述台阶8一方面起到密封的作用，另一方面还可以防止配头1与进气管3配合偏心和防止进气管3在使用过程中发生振动。本方案的分配头1上开设有两层喷口5。进气管3下部加工有螺纹管段，整个风帽通过固定螺母12来进行固定。

另外，还可以在上述方案的分配头1上喷口5的位置上加设一定长度的喷管或喷嘴15。因此，显而易见地，对于前文公开的方案还可以作出其它一些修改或变化。上述实施例是本发明最佳的实施方案来进行描述的，但是，本发明并不限制在这些公开的范例之中。在本发明的实质和原理的情况下，对本发明的各种变形或相等同或类似的设计都应包含在本发明的权利要求范围之内。

其特征是所述进气管上段与帽状分配头之间为气体阻力可调腔式结构是进气管上端与分配头内的顶部之间形成一个供流化气体流通的圆环截面，通过分配头与进气管之间螺纹配合部分重叠长度的调整，来改变所述圆环缝隙的大小，从而调节阻力特性。

Claims (10)

1.一种用于流化物料的阻力可调式气体分配装置，主要包括进气管和气体喷口，其特征是在进气管的上部有一个与进气管同轴布置、与进气管螺纹连接的帽状分配头，帽状分配头内壁与进气管外壁之间有气体流动腔，分配头上开有用于气体流通的喷口，喷口的设置是以分配头的轴线为中心径向分布于帽状分配头侧壁的孔，进气管上段伸入到帽状分配头腔内，分配头与进气管之间的螺纹重叠长度调整时，进气管与帽状分配头之间气体进入气体流动腔的气道截面积随之改变。

2.根据权利要求1所述的阻力可调式气体分配装置，其特征是气体喷口的直径在5～25mm之间，喷口均布于分配头周围，喷口在沿风帽的高度方向上可以单层布置，也可以多层布置，至少有一个最下一层喷口的进气端与分配头的底部内表面平齐。

3.根据权利要求1或2所述的阻力可调式气体分配装置，其特征是喷口与水平面之间的夹角α一般在0～30°范围内。

4.根据权利要求1或2所述的阻力可调式气体分配装置，其特征是所述分配头外的上部或顶部为至少具有三个面的多棱柱状。

5.根据权利要求1或2所述的阻力可调式气体分配装置，其特征是所述进气管上段与帽状分配头之间的气体阻力可调腔式结构是分配头顶部内壁与进气管端部之间形成一个供流化气体流通的缝隙截面，通过分配头与进气管之间螺纹重叠长度的调整，来改变所述缝隙截面积的大小，从而调节风帽的阻力特性。

6.根据权利要求1或2所述的阻力可调式气体分配装置，其特征是所述进气管上段与帽状分配头之间的气体阻力可调腔式结构是帽状分配头内的顶部是一个圆锥状的凸起，使帽状分配头与进风管之间形成一个供流化气体流通的圆环截面，通过分配头与进气管之间螺纹配合部分重叠长度的调整，来改变所述圆环截面积的大小，从而调节风帽的阻力特性。

7.根据权利要求1或2所述的阻力可调式气体分配装置，其特征是所述进气管上段与帽状分配头之间的气体阻力可调腔式结构是分配头内的顶部有一与进气管配合的圆柱凹槽，进气管的上端位于凹槽之中，进风管上部开设有若干流化气体进入分配头的开孔，通过分配头与进气管之间螺纹重叠长度的调整，来改变开孔埋入凹槽的数量或深度的多少，从而改变流化气体的流通截面积，以达到调节风帽阻力特性的目的。

8.根据权利要求5所述的阻力可调式气体分配装置，其特征是分配头内壁与进气管之间设置了防止分配头与进气管配合偏心和防止进气管在使用过程中发生振动的定位块。

9.根据权利要求5所述的阻力可调式气体分配装置，其特征是分配头内顶部设有进气管限位块。

10.根据权利要求1或2所述的阻力可调式气体分配装置，其特征是分配头上喷口的位置上加设一定长度的喷管或喷嘴。

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