CN1276861A - 多室分隔型流化床反应炉 - Google Patents

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Abstract

一种不会出现回窜现象的流化床反应炉,其上游隔室和下游隔室之间有合适的流化床高度差。允许原料粉粒从上游侧向下游侧移动的连通孔(9)的竖直位置高度是流化床高度的1/4或更小,连通孔(9)的长度为100毫米或更大;在气体喷嘴几乎是垂直向上地喷射气体的情况下,连通孔(9)的入口与上游侧喷嘴端面之间的距离(X)大于150毫米,连通孔(9)的出口与下游侧喷嘴端面之间的距离(X)大于50毫米;在气体喷嘴几乎是在水平方向喷射气体的情况下,连通孔(9)的入口与上游侧喷嘴端面之间的距离(X)大于200毫米,连通孔(9)的出口与下游侧喷嘴端面之间的距离(X)大于100毫米;在气体喷嘴倾斜向下地喷射气体的情况下,连通孔(9)的入口与上游侧喷嘴端面之间的距离(X)大于200毫米,连通孔(9)的出口与下游侧喷嘴端面之间的距离(X)大于100毫米;和连接连通孔(9)上表面的拐角部分与气体喷口的连线与水平面之间形成的夹角大于在连通孔(9)的上游侧和下游侧的任何一个开口中的原料粉粒的静止角。

Description

多室分隔型流化床反应炉
技术领域
本发明涉及一种用来处理呈流化状态的粉粒体(ore fines)的流化床反应炉。
背景技术
当气体在反应炉中以相当高的速度通过粉粒体床和多孔板式或管栅式气体分配器时，在粉粒体和气体之间存在的向上的摩擦力将与粉粒体的重量达到平衡。在这种状态下，粉粒体就被悬浮在向上流动的气流中，这时粉粒体床被认为是已经流化而称为流化床。在这种流化床中，粉粒体颗粒在向上流动的气流的作用下不停地上下飘动。床内的温度可以保持均匀并且很容易控制。因此，这种流化床反应炉已被广泛应用在各种工业领域中。例如，近年来，一种采用流化床的工艺过程就已经被用来生产碳化铁。作为炼铁和炼钢的一种原材料，碳化铁的生产一直倍受关注。碳化铁的生产是将铁矿粉送入流化床反应炉中，在一个预先确定的温度下使铁矿粉与一种还原性气体(如氢气)和一种碳化气体(如像甲烷或类似的气体)发生反应而将铁矿石中的氧化铁还原和碳化。
对于这项技术，日本专利公报特开平1-176003曾经公布了一种利用流化床来处理粉粒体的装置(见附图25)，其特征是在流化床反应炉23中有一个原材料入口21和成品料出口22，炉体被气体分配器24分隔成上下两部分，气体分配器24的下方有一个气体风箱25，气体分配器24的上方是一个被隔板27分隔成多个隔室(26a至26e)的流化室26，在隔板27上有连通孔，原料送入流化床反应炉23，并以流化状态从进口21穿过连通孔流向出口22，如图25所示。
然而，在图25所示的流化床反应炉中，粉粒体从一间隔室到另一间隔室的迁移运动是通过位于隔板27下方的形状简单的连通孔来完成的，因此，有时由于相邻间室之间压力平衡的原因而出现回窜(back mixing)现象(即下游侧隔室中的原料向上游侧隔室反向流动的现象)，这种现象会使得将流化床分隔开来所获得的效果降低。为了便于理解本发明，下面将对传统流化床反应炉的回窜现象和缺点作一详细说明。
在流化床反应炉中，粉粒体通常是作为原料被煅烧或起反应的。因此，矿石在反应炉中的滞留时间最好是长一些。为了延长滞留时间，可以采用的方法是增加反应炉的外形尺寸或者增加反应炉内粉粒体床的高度。按照前一种方法，设备的制造成本会大大增加，而按照后一种方法，反应炉的尺寸也要增加并且供气压缩机的功率会变得很大，从而会增加运行成本。
因此，由各种公知结构的气体分配器和隔板组合而成的流化床反应炉就被设计出来。例如，为人们熟知的使用一种气体分配器的多室分隔型流化床反应炉，其中风箱1设置在底部，气体从许多安装在风箱1上方气体分配器2上的气体喷嘴中喷出并在气体分配器2的上方形成一个铁矿粉的流化床4，该流化床4被隔板5分隔成若干间隔室(4a，4b，4c)，如图1所示。如果流化床被分隔成许多隔室(即流化床被分隔的数目n增加)矿石在反应炉内滞留的时间就会大大增加而如图2所示。在图2中，n＝1是表示流化床没有被分隔的情况。
特别是当碳化铁生产工厂要求原料在反应炉中滞留的时间为数小时或更长的情况下，流化床的多室分隔型式(例如分隔成四个或七个隔室)是不可避免要加以采用的。为了使多隔板流化床具有这一特性，下列两项要求必须加以考虑。①不产生回窜现象。
如图3所示，要求大部分粉粒体应该从被隔板6分隔开的上游侧隔室7穿过连通孔9流向下游侧隔室8。然而，当出现了粉粒体流从下游侧隔室8流向上游侧隔室7的(回窜)现象时，将流化床分隔开来获得的效果就会降低。例如，如果回窜发生在有四间隔室的情况下，矿石的炉内滞留时间的分布曲线如图2中曲线n＝4的情况就不会形成，而只能形成象图4中用虚线表示的接近于n＝2的分布曲线。②上游侧隔室与下游侧隔室之间的流化床高度差应设置为合适的数值。
尽管流化床上游侧隔室的高度应大于下游侧隔室的高度以便实现从上游侧向下游侧的流动，但这种流化床高度差以小一些为宜。例如，如果一个七分隔的流化床反应炉的流化床高度差为200毫米，则流化床的总高度差就会高达1200毫米(200毫米×6)，因此，这种流化床反应炉将不适用于平均流化床高度为1000毫米或2000毫米的反应过程(对于它的应用需要给予特别的考虑。换句话说，有必要增加反应炉的高度。另外，必须提高供气压力以适应最大流化床高度，这样一来设备和运行成本都会提高。另外，要使气体分布均匀地进入隔室也有困难。更具体说，如果气体分配器的气压损失没有极大地增加，气体就不能均匀地分布)。
按照上述观点，现有技术在多室分隔型流化床反应炉中防止回窜(backmixing)的措施之一就是将连接相邻隔室的连通孔尺寸减小。如果连通孔的尺寸被减小，流化床中上游和下游隔室之间的高度差就要增加，于是上述不利情况就会出现。
此外，传统流化床反应炉还有下述缺点：③如果连通孔的长度为100毫米或更小，回窜现象也会出现。
通常，流化床中每一点的压力总在比1秒钟还小的时间周期内波动波动，粉粒体则按照连通孔的入口和出口之间的压力差运动。例如，矿石流穿过连通孔时的波动情况如图5所示。在图5中，“正号(+)”表示矿石流从上游侧流向下游侧，“负号(-)”表示从下游侧流向上游侧(回窜)。因此，如果连通孔的长度较小(例如只有5毫米)，回窜现象就容易发生。
在这种情况下，当连通孔长度较大时，即使这时负(-)方向的矿石流已经产生，负(-)方向的矿石流将停留在连通孔中。因此，得到的只是正(+)方向的矿石流。④在含有稠密粉粒体的下冲流尚未在连通孔进出口附近形成的情况下，在连通孔内将产生空隙部位，因此大量的气体很容易穿过连通孔，于是流化床中的高度差就会有不适当地增加。而且，当大量的气体很容易地从上游侧流向下游侧时回窜现象就会产生。
考虑到现有技术的这些问题，本发明的一个目的就是要提供一种流化床反应炉，它在上游隔室和下游隔室之间有合适的流化床高度差，不会引起回窜或只有极少量的回窜。
发明概述
为了达到上述目的，应将连通孔的垂直高度位置设定为某一个常数值或更小，将连接相邻隔室的连通孔的长度设定为某一个常数值或更大，将连通孔的入口和出口与气体喷嘴的一个端面之间的距离设定为一常数值或更大，以及将连接连通孔上表面的拐角部分与气体喷嘴的连线与水平面之间形成的夹角设置成大于原料粉粒的静止角(angle of repose of raw materialfines)。因此，在上游侧隔室中的原料能够通过连通孔移向下游侧隔室而大致不会引起原料固定地聚积在连通孔的入口和出口附近，也不会引起回窜。
本发明的一个方案是提供一种沸腾床型的多室分隔型流化床反应炉，用来在通过设置在反应炉下部气体分配器上的数量很多的气体喷嘴喷出的反应气体对从反应炉的一个侧面送入的原料粉粒进行流化的同时进行反应，从而从反应炉的另一个侧面排出产品，其中流化床被隔板分隔成多间隔室，使得原料能够从上游侧的隔室移动到下游侧的隔室的连通孔设置在隔板的下部中，原料粉粒通过连通孔时的平均移动速度为500毫米/秒或者更小，这种多室分隔型流化床反应炉应满足的条件是：连通孔的垂直位置高度是流化床高度的1/4或更小，连通孔的长度为100毫米或更大；在气体喷嘴几乎是垂直向上喷射气体的情况下，连通孔的入口与上游侧喷嘴一端面之间的距离大于150毫米，连通孔的出口与下游侧喷嘴端面之间的距离大于50毫米；在气体喷嘴几乎是向水平方向喷射气体的情况下，连通孔的入口与上游侧喷嘴端面之间的距离大于200毫米，连通孔的出口与下游侧喷嘴端面之间的距离大于100毫米；在气体喷嘴倾斜向下喷射气体的情况下，连通孔的入口与上游侧喷嘴端面之间的距离大于200毫米，连通孔的出口与下游侧喷嘴端面之间的距离大于100毫米；以及由连接连通孔上表面的拐角部分与气体喷口的连线与水平面形成的夹角大于原料粉粒在连通孔的上游侧和下游侧的任何一个开口处的静止角。
以本发明的功能为基础，现对具有上述结构特征的流化床反应炉的各种结构参数进行限制的原因详细说明如下。(1)不产生在连通孔中仅有气体流动的情况
当大量的气体在连通孔中流动时，压力损失就要增加。于是，上、下游隔室之间的流化床高度差也增加(对于相同的粉粒体流而言)并会产生回窜现象。为了防止所述的流化床高度差和回窜现象的增加，有必要向连通孔充入大量的粉粒体。更确切地说，如果在连通孔中只有粉粒体，则全部矿石微粒将在上游侧流化床与下游侧流化床之间的压力差的作用下被从上游侧推向下游侧(在粉粒体从上游侧向下游侧有轻微的并且是短暂或瞬间移动的情况下，如果移动距离小于连通孔的长度，这也不会出现问题)。
通常，优选采用下列方法使连通孔中的气流减至最小：①将连通孔的垂直位置设定在流化床高度的1/4处或者稍低。
将连通孔的垂直位置设定得太高是不好的，原因如下。在流化床的上部粉粒体的密度较低。如果将连通孔设置在高位上，气体就很容易流进连通孔。因此，通常将连通孔的垂直位置取为流化床高度的1/4或者更低。②在连通孔的入口附近形成含有稠密粉粒体的下冲流(downflow)。
如果将气体分配器板10上的气体喷嘴11设置在离距隔板6有一段适当距离的位置上，如图6所示，则粉粒体的移动将会在连通孔9附近产生一个含有稠密粉粒体的下冲流，如图6中的箭头所示。该稠密下冲流在连通孔的入口附近将阻碍气流进入连通孔。③增加在连通孔入口附近的含有稠密粉粒体的下冲流的厚度。
当粉粒体从上游侧穿过连通孔向下游侧流动时，粉粒体的下冲流的一部分会进连通孔9，如图7(a)所示。这时，如果下冲流的厚度较小，不仅是粉粒体P而且还有气体G都大量地被抽吸到连通孔9中如图7(b)所示。当大量气体被吸进连通孔时，上述问题就会发生，因此，在连通孔入口处附近的含有稠密粉粒体的下冲流的厚度必须增加。
为了考察在连通孔入口处附近的含有稠密粉粒体的下冲流的形成与下冲流厚度增加的原因，曾经做了一个实验。实验指出，连通孔9与气体喷嘴(11a，11b，11c)之间的相对位置是很重要的，如图8所示。当气体喷嘴与连通孔9太靠近时，粉粒体流的厚度很小(或者根本没有形成)，而在连通孔中产生气体流动。因此粉粒体不能流入连通孔。另一方面，我们发现，当气体喷嘴的位置离开连通孔9远一些时，在连通孔入口处附近的下冲流的厚度就会增加。
在如图9(a)所示采用向上喷嘴11a(其几乎是垂直向上喷出气体)的情况下，最好是将连通孔9的入口与向上喷嘴11a的一端面之间的距离X(见图8(a))设置成大于150毫米。
在如图9(b)所示采用几乎是水平方向喷出气体的水平喷嘴11b(喷嘴中的流速为10至80米/秒)的情况下，最好是将连通孔9的入口与水平喷嘴11b的一端面之间的距离X(见图8(b))设置成大于200毫米。在如图9(c)所示采用向下倾斜地喷出气体的向下倾斜喷嘴11c(喷嘴中的流速为10至80米/秒)的情况下，最好是将连通孔9的入口与向下倾斜喷嘴11c的一端面之间的距离X(见图8(c))设置成大于200毫米。
当粉粒体在连通孔内的平均移动速度为500毫米/秒或更小的情况下，可以应用对距离X的限制，其原因如下。如果粉粒体的平均移动速度高于500毫米/秒，则不将距离X限定为一常数值或更大，也可以使粉粒体从连通孔的入口移动向连通孔出口且不出现回窜现象。
粉粒体在连通孔中的平均移动速度用单位为米/小时的数值来表示，它可以用流量Q(米3/小时)除以连通孔的截面积(米2)得到，而流量Q则用粉粒体的进给量A(吨/小时)除以粉粒体的具体比重γ(吨/米3)得到。④在连通孔的出口附近形成含有稠密粉粒体的下冲流。
当含有稠密粉粒体的下冲流尚未在连通孔的出口附近形成的情况下，粉粒体在连通孔的出口中不会出现，这时填充有粉粒体的连通孔的有效长度就要减少，如图10所示。结果，如上文所述，回窜现象就很容易发生。因此，最好是连通孔的入口附近相同，在连通孔出口附近也形成含有稠密粉粒体的下冲流。为此，最好是象连通孔入口附近那样，将气体喷嘴的一端面与连通孔出口之间的距离X设定为一个常数值或更大。此外，由于只要使连通孔中的粉粒体受压从而不致在出口侧滑落就足够了，因此下冲流的厚度可小于入口侧，对此将特别说明如下。
在如图9(a)所示使用向上喷嘴11a(喷出的气体几乎是垂直向上)的情况下，最好是将距离X设定为大于50毫米。
在如图9(b)所示使用水平喷嘴11b(喷出的气体几乎是水平方向)的情况下，最好是将距离X设定为大于100毫米。
在如图9(c)所示使用向下倾斜喷嘴11c(喷出的气体呈向下倾斜)的情况下，最好是将距离X设定为大于100毫米。(2)使连通口前后没有粉粒体聚积
如果粉粒体在连通孔前后发生如图11所示的聚积，则在连通孔内的粉粒体将不能移动。为了使粉粒体在连通孔中移动，就有必要考虑加大连通孔前后隔室中流化床之间的高度差(例如，设定为数百毫米的并不经济的数值)。粉粒体聚积部位的产生取决于连通孔与气体喷孔之间的连线与水平底板的夹角。通常，在气体喷嘴附近粉粒体被气流吹起，因此，如图12所示，如果连通孔9下表面的拐角点P与气体喷口Q的连线L与水平底板之间的夹角α大于粉粒体的静止角(angle of repose)，粉粒体在连通孔9的入口附近就不会产生聚积，于是在连通孔9中的粉粒体就能从入口向出口移动。实际上，可以看出，即使在α角稍微小于粉粒体静止角的情况下，连通孔9中粉粒体的运动也没有受到阻碍。这就是说，从图13中可以看出，如果连通孔9上表面的拐角点R与气体喷口Q的连线M与水平底板之间的夹角β大于粉粒体的静止角，这个问题就不存在。原因是，即使角α小于粉粒体的静止角并且在连通孔的入口附近出现少量聚积，在连通孔内的粉粒体的运动也不会受到明显的阻碍，因为在M线上及其附近(M线以下)有相当数量的粉粒体随着下冲流一起滑下斜坡。
因此，最好是使连通孔9上表面拐角点与气体喷口的连线与水平底板之间形成的夹角大于矿石的静止角。
优选的是，使连通孔入口处的α角，β角及粉粒体静止角之间的关系与出口处的这些角之间的关系相同是可取的。
上述结果也可以类似地应用到各种公知的气体分配器和气体分配器板。(3)其他①优选使连通孔下表面的位置比气体喷嘴的喷射位置的端部稍高一些，这样使在连通孔内不容易产生聚积现象。②优选使连通孔上游侧开口的直径在向下游侧延伸时逐渐减小，以便使得粉粒体容易流进连通孔中。③优选使连通孔上游侧开口的下表面部分从隔板的端面向上游侧突出，以便使得含有稠密粉粒体的下冲流在连通孔的入口附近容易产生。优选将突出部分上表面的拐角部倾斜切割，以便使得在连通孔的入口附近不容易产生聚积。④优选将突出部分的上表面做成从上游侧向下游侧向下倾斜，以便使得粉粒体在连通孔内容易流动。⑤优选将连通孔做成从上游侧向下游侧向下倾斜，以便使得粉粒体在连通孔内容易流动。⑥优选使这个倾斜角度大于粉粒体的静止角，以便不容易产生聚积。⑦优选使连通孔下游侧开口的下表面部分从隔板的端面向下游侧突出，以便使含有稠密粉粒体的下冲流在连通孔的出口附近形成。并优选将突出部分上表面的拐角部分倾斜切割，以便使得在连通孔的出口附近不容易产生聚积现象。⑧优选连通孔从隔板的上游侧和下游侧的两个端面都向外突出，以便使得含有稠密粉粒体的下冲流在连通孔的入口和出口附近都能形成，而且与隔板的厚度无关。⑨优选在连通孔的中间部位设置一个或多个气体喷嘴，以便将反应气体从这些喷嘴喷入连通孔中。结果使得粉粒体不会在连通孔中聚积。关于这部分反应气体，可以采用引入到流化床反应炉中的气体的一部分，或者采用从外部引入的气体。一种多孔材料，例如一种多孔性耐火材料(耐火砖)可以用来作为气体喷嘴的头部。优选将气体喷嘴的头部从上游侧向下游侧倾斜弯曲，以便使连通孔内的粉粒体的聚积现象能得到进一步遏制。
由于本发明有上述结构特征，因此可以获得下列效果。①按照本发明的第一方面，可以提供一种流化床反应炉，其中原料粉粒可以经连通孔从上游侧移向下游侧，并在上游侧隔室和下游侧隔室之间保持合适的流化床高度差而不引起回窜。因此可以实现一种制造成本和运行成本都较低的流化床反应炉。②按照本发明的第二方面，可以提供一种流化床反应炉，其中原料粉粒不容易在连通孔内聚积。③按照本发明的第三方面，可以提供一种流化床反应炉，其中原料粉粒很容易流入连通孔。④按照本发明的第四方面，可以提供一种流化床反应炉，其中含有稠密原料粉粒的下冲流很容易在连通孔的入口附近形成。⑤按照本发明的第五方面，可以提供一种流化床反应炉，其中原料粉粒不容易在连通孔的入口附近聚积。⑥按照本发明的第六，第七和第八方面，可以提供一种流化床反应炉，其中原料粉粒很容易流进连通孔内。⑦按照本发明的第九方面，可以提供一种流化床反应炉，其中含有稠密原料粉粒的下冲流很容易在连通孔的出口附近形成。⑧按照本发明的第十方面，可以提供一种流化床反应炉，其中原料粉粒不容易在连通孔的出口附近聚积。⑨按照本发明的第十一方面，可以提供一种流化床反应炉，其中含有稠密原料粉粒的下冲流很容易在连通孔的入口和出口附近形成，不容易产生回窜现象，并且原料粉粒能够从连通孔的上游侧移动到下游侧，而与隔板的厚度无关。⑩按照本发明的第十二，第十三和第十四方面，可以提供一种流化床反应炉，其中原料粉粒不容易在连通孔内聚积。
虽然我们已经参照附图并通过举例对本发明作了充分地说明，但应该理解的是，其它的一些修改和改进对于本领域的一般技术人员来说是很明显的。因此，除非这些变化和改进离开了本发明的范畴，这些修改和改进都应被认为是包括在本发明以内的，。
附图简介
图1是根据本发明实施例的多隔板流化床反应炉的纵剖面图；
图2是示出流化床反应炉中原料粉粒的数量与其在反应炉中的滞留时间之间关系的曲线图；
图3是示出原料在流化床反应炉中移动的视图；
图4是示出流化床反应炉中原料粉粒的数量与其在反应炉中的滞留时间之间关系的曲线图；
图5是示出原料在连接隔室的连通孔内的移动情况的视图；
图6是示出粉粒体在连通孔的入口附近的流动状况的视图；
图7(a)和7(b)是示出粉粒体在连通孔的入口附近的流动状况的另外两个视图；
图8(a)，8(b)和8(c)是示出连通孔的入口与气体喷嘴的端面之间的距离X的视图；
图9(a)是示出向上喷嘴的剖面图，图9(b)是示出水平喷嘴的剖面图，图9(c)是示出向下倾斜喷嘴的剖面图；
图10是示出连通孔出口附近粉粒体充填状况的视图；
图11是示出连通孔入口附近粉粒体聚积状况的视图；
图12是示出连接连通孔上游侧开口的下表面拐角点P与气体喷口Q的连线与水平面之间形成的夹角(α)的视图；
图13是示出连接连通孔上游侧开口的上表面拐角点R与气体喷口Q的连线与水平面之间形成的夹角(β)的视图；
图14(a)和14(b)是两个示出了连通孔上游侧开口的直径向下游侧逐渐减小的实例的剖面图；
图15是一个实例的剖面图，其中连通孔上游侧开口的下表面从隔板的端面向外突出；
图16是一个实例的剖面图，其中图15中突出部分上表面的拐角部被倾斜切割；
图17是一个实例的剖面图，其中图15中突出部分上表面从上游侧向下游侧向下倾斜；
图18是一个实例的剖面图，其中连通孔从上游侧向下游侧向下倾斜；
图19是一个实例的剖面图，其中连通孔下游侧开口的下表面从隔板的端面突出；
图20是一个实例的剖面图，其中图19中突出部分上表面的拐角部分被倾斜切割；
图21是一个实例的剖面图，其中连通孔从隔板的上游侧和下游侧的两个端面分别突出；
图22是一个实例的剖面图，其中气体喷嘴位于连通孔中部；
图23是一个实例的剖面图，其中将多孔材料用作设置在连通孔中部的气体喷嘴的头部；
图24是一个实例的剖面图，其中设置在连通孔中部的气体喷嘴的头部从上游侧向下游侧倾斜弯曲；和
图25是示出根据现有技术的流化床反应炉结构的示意图。
本发明的最佳实施方式
下面结合实验并参照附图详细描述本发明。(1)实验条件(一例)①原料粉粒
a.将容积密度为2.0吨/米3的铁矿粉以2.0吨/小时的速度送入流化床反应炉的实验设备中。
b.将容积密度为1.5吨/米3的硅石粉以2.0吨/小时的速度送入流化床反应炉的实验设备中。
由于流化床反应炉实验设备采用了一个圆柱形透明塑料炉身，因此可以从外面清楚地观察到原料粉粒的流化现象。本实验设备与图1所示的实际流化床反应炉很不相同，其中并没有用于支撑气体分配器板2的支撑管12，但设置了一块隔板5，用来将流化床4隔成若干隔室。另外，采用空气作为导入气体，并设定在常温下。②将位于隔板下部的连通孔的高度设定为流化床高度的1/4或者小一些。③连通孔的孔径为150毫米。④在①，③条件下，原料粉粒穿过连通孔的平均移动速度，即对于铁矿粉为20毫米/秒，对于硅石粉为30毫米/秒。(2)基本形式(结构如图8所示)
连通孔9的长度为200毫米。在气体喷嘴喷出的气体几乎是垂直向上的情况下，将入口一侧的距离X设定为200毫米，将出口一侧的距离X设定为200毫米。在气体喷嘴喷出的气体为倾斜向下的情况下，将入口一侧的距离X设定为250毫米，将出口一侧的距离X设定为200毫米。角度β(见图13)设定为45度(铁矿粉的静止角为40度，硅石粉的静止角为30度)。在上述条件下，进行铁矿粉或硅石粉的流化实验。在连通孔9入口和出口间压力差的影响下，任何所述的穿过连通孔9的原料粉粒在向出口一侧移动了一段固定距离后会向入口一侧少量地移动，同时从上游侧隔室移动到下游侧隔室且不会引起回窜。
在气体喷嘴喷出的气体几乎是垂直向上并且将连通孔9入口一侧的距离X设定为150毫米或更小和将连通孔9出口一侧的距离X设定为50毫米或更小的情况下，气体流入连通孔，于是上游侧隔室和下游侧隔室之间的流化床高度差会大大增加(大约200毫米)，回窜现象就会出现。在气体喷嘴喷出的气体为倾斜向下的情况下，将连通孔9入口一侧的距离X设定为200毫米或更小以及连通孔9出口一侧的距离X设定为100毫米的情况下，会出现同样的现象。
在角度β等于或小于铁矿石静止角的情况下，在连通孔的入口附近将会出现聚积部位，从而使得原料粉粒不能移入连通孔。(3)连通孔上游侧开口的直径向下游侧逐渐减小。
如图14(a)所示，连通孔9上游侧的开口形如一个曲面。如图14(b)所示，连通孔9上游侧的开口被倾斜切割。当采用上述任一形式时，可以肯定原料粉粒会平顺地流入连通孔9中。(4)连通孔上游侧开口的下表面从隔板的端面向上游侧突出。
如图15所示，当连通孔9上游侧开口的下表面从隔板的端面向上游侧突出时，可以肯定，含有稠密粉粒体的下冲流会在连通孔9的入口附近形成。还可以肯定，粉粒体从连通孔9的入口向出口移动并且不会引起回窜现象。(5)在图15所示的突出部分的上表面的拐角部被倾斜切割。
采用图15所示的结构会在下表面部分13上产生少量的粉粒体聚积。但若采用图16所示的结构，将下表面部分13的上表面的拐角部倾斜切割，就肯定不会出现这种聚积现象。(6)图15所示的突出部分的上表面从上游侧向下游侧向下倾斜30度。
如图17所示，当下表面部分13从上游侧向下游侧向下倾斜30度时，粉粒体的自重将附加在连通孔9入口一侧和出口一侧之间的流化床压差上，因此，与图15或16所示的结构相比较，可以肯定该结构对粉粒体在连通孔9内的运动会有所促进。(7)连通孔从上游侧向上游侧向下倾斜。
当连通孔9被做成如图18所示从上游侧向下游侧向下倾斜30度时，与图8所示的结构相比较，可以肯定它对粉粒体在连通孔9内的运动会有所促进。
建议将图17和18中的倾斜角设定为30度或更大一些，以便促进粉粒体的运动。(8)连通孔下游侧开口的下表面部分从隔板的端面向下游侧突出。
如图19所示，当连通孔9下游侧开口的下表面部分13做成向下游侧突出时，可以肯定，连通孔9的出口附近将形成含有稠密粉粒体的下冲流。还可以肯定，粉粒体从连通孔9的入口向出口移动时不会出现回窜现象。(9)将图19所示的突出部分的拐角部分倾斜切割。
采用图19所示的结构会在下表面部分13上产生少量的粉粒体聚积，但若采用图20所示的结构，将下表面部分13的上表面拐角部分倾斜切割，就肯定不会出现聚积。(10)连通孔的长度为100毫米或更长，在隔板的下部分别向上游侧和下游侧突出，隔板的厚度为100毫米或更小。
尽管隔板上的连通孔可被加工成上述的任何形式，但可以肯定，如果在隔板6上采用了如图21所示的管状连通孔9a，也能获得同样的效果。(11)气体喷嘴位于连通孔的中部。
如图22所示，气体喷嘴14设置在连通孔9的中部，被引入到流化床反应炉内的反应气体的一部分通过气体喷嘴14喷入连通孔9中。因此，可以肯定，在连通孔9内很难出现粉粒体的积聚。
图23示出了将一种多孔材料15(例如多孔耐火材料(耐火砖))用于气体喷嘴14头部的情况。可以肯定，当气体喷嘴14的头部如图23所示用某种多孔材料制成时，与图22所示的情况相同，粉粒体在连通孔9内的聚积将能避免。
在图24中，连通孔9上设置了三个气体喷嘴14a，14b和14c，所述喷嘴的头部均从上游侧向下游侧倾斜弯曲。因此，可以肯定，粉粒体在连通9内的聚积可以完全消除。
工业应用
由于本发明具有上述结构特点，因此按照本发明制造的流化床反应炉在上游隔室和下游隔室之间将具有合适的流化床高度差，不会出现回窜现象或只有极小量的回窜。因此，本发明的流化床反应炉非常适合用来处理呈流化状态的粉粒体。

Claims (14)

1.一种沸腾床型的多室分隔型流化床反应炉，用于在通过设置在反应炉下部气体分配器上的数量很多的气体喷嘴喷出的反应气体对从反应炉的一个侧面送入的原料粉粒进行流化的同时进行反应，由此从反应炉的另一个侧面排出产品，其中，流化床被隔板分隔成多个隔室，在隔板的下部上设有连通孔，使得原料能从上游侧的隔室移动到下游侧的隔室，原料粉粒穿过连通孔的平均移动速度为500毫米/秒或者更小一些，所述多室分隔型流化床反应炉应满足下列条件：
连通孔的竖直位置高度是流化床高度的1/4或更小；
连通孔的长度为100毫米或更大；
在气体喷嘴几乎是垂直向上地喷射气体的情况下，连通孔的入口与上游侧喷嘴端面之间的距离大于150毫米，连通孔的出口与下游侧喷嘴端面之间的距离大于50毫米；
在气体喷嘴几乎是向水平方向喷射气体的情况下，连通孔的入口与上游侧喷嘴端面之间的距离大于200毫米，连通孔的出口与下游侧喷嘴端面之间的距离大于100毫米；
在气体喷嘴倾斜向下地喷射气体的情况下，连通孔的入口与上游侧喷嘴端面之间的距离大于200毫米，连通孔的出口与下游侧喷嘴端面之间的距离大于100毫米；和
由连接连通孔上表面的拐角部分与气体喷口的连线与水平面形成的夹角大于原料粉粒在连通孔的上游侧和下游侧的任何一个开口处的静止角。
2.根据权利要求1所述的多室分隔型流化床反应炉，其中连通孔的下表面位于气体喷嘴的气体喷射部位的上方。
3.根据权利要求1或2所述的多室分隔型流化床反应炉，其中连通孔上游侧开口的直径向下游侧逐渐减小。
4.根据权利要求1或2所述的多室分隔型流化床反应炉，其中连通孔上游侧开口的下表面部分从隔板的端面向上游侧突出。
5.根据权利要求4所述的多室分隔型流化床反应炉，其中突出部分上表面的拐角部被倾斜切割。
6.根据权利要求4所述的多室分隔型流化床反应炉，其中突出部分的上表面是从上游侧向下游侧向下倾斜。
7.根据权利要求1，2或3所述的多室分隔型流化床反应炉，其中连通孔从上游侧向下游侧向下倾斜。
8.根据权利要求6或7所述的多室分隔型流化床反应炉，其中倾斜角度大于原料粉粒的静止角度。
9.根据权利要求1所述的多室分隔型流化床反应炉，其中连通孔下游侧开口的下表面部分从隔板的端面向下游侧突出。
10.根据权利要求9所述的多室分隔型流化床反应炉，其中突出部分上表面的拐角部被倾斜切割。
11.根据权利要求1所述的多室分隔型流化床反应炉，其中连通孔从隔板的上游侧和下游侧的两个端面分别突出。
12.根据权利要求1所述的多室分隔型流化床反应炉，其中在连通孔的中部设置一个或多个气体喷嘴，反应气体就从气体喷嘴喷入连通孔中。
13.根据权利要求12所述的多室分隔型流化床反应炉，其中多孔材料被用作气体喷嘴的头部。
14.根据权利要求12所述的多室分隔型流化床反应炉，其中气体喷嘴的头部从上游侧向下游侧倾斜弯曲。
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