具有环形喷动流化床的设备及其操作方法技术

本发明专利技术涉及一种具有环形喷动流化床的设备及其操作方法。根据本发明专利技术，该设备可用于执行在流化床设备中进行的大多数技术过程，尤其是用于净化气体混合物、干燥材料、热解、气化和燃烧固体燃料，例如工业废料、农业废料、城市固体废弃物、煤炭、污水污泥以及好氧和厌氧消化反应器废料，还用于进行在流化床中进行的其他化学反应。具有旋转的环形喷动流化床的设备的反应室在其高度的至少一部分上具有向下倾斜的漏斗形状，其具有台阶状结构的内表面。反应室的形状以及流化气体和其他气体的切向进入可以在反应室中创建可调节的环形流化床，在其中可以在水平和竖直平面上对要处理的材料颗粒的旋转速度进行调节，并且还可以控制反应区域中不同大小的颗粒的停留时间、材料的处理强度以及其他工艺参数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有环形喷动流化床的设备及其操作方法
本专利技术涉及一种具有旋转环形喷动(spout)沸腾(流化)床的设备，尤其涉及其反应室，其用于进行各种化学反应(技术过程)，尤其是用于净化气体混合物、干燥材料、热解、气化以及燃烧固体燃料(例如工业废料、农业废料、城市固体废弃物、煤炭、污水污泥、好氧和厌氧消化反应器废料等)，还用于执行待在流化床中进行的其他技术过程。
技术介绍
上升气流中的颗粒物喷动是在圆锥形或锥形设备中实现的一种流化。与其他流化反应器相比，带有喷动流化床的设备具有多个优点。特别地，它们更适合于处理在其他流化设备中难以流化的多分散材料和细分散的颗粒。同时，与其他流化反应器相比，带有喷动流化床的设备具有一些缺点。关键缺点之一是它们的性能较低，因为它们的处理区域仅限于喷动体积，而喷动体积通过使用带有环形喷动的设备而是固定的。但是，如果环形半径与产生喷动的床相比太大，则可能在环的某个点发生漏气。为了减少漏气的可能性，引入了围绕喷动的竖直轴线的另外旋转以稳定喷动，但是这也引起离心力而将处理物的颗粒驱离喷动。颗粒越重(越大)，从喷动将其移除的速度就越快，而这些重而大的颗粒需要最长的时间进行正确处理。换句话说，旋转喷动中的颗粒以特定方式分离，即，最大的颗粒被快速地从喷动驱赶到外围，在那里它们沉回到喷动的底部，然后再次被拾起。这些大颗粒从喷动到外围(在此其未经适当处理)再回到喷动的循环降低了设备的性能。本专利技术的目的之一是通过对喷动外部但在设备内部(特别是在其内表面上)的材料进行额外的处理，以增加处理强度并减少具有环形旋转喷动流化床的设备中材料的停留时间。在具有环形旋转喷动流化床的反应器中，在其流化室中形成呈环形旋转喷动形式的所谓流化床。它由湍流的气体介质组成，非气态(固体和/或液体)颗粒分布在其中。由于湍流，流化床中的冷凝非气态和气相被适当地混合，以促进最佳的质量和热传递，并在材料之间提供适当的相互作用。在大多数情况下，流化气体从底部穿过腔室上升。在将流化气体送入腔室(进气口)的设备之后，是反应器的约束区域，该约束区域用于生成流化材料的喷动。在设计上，该受限区域是反应器底部的一部分，并且包括(穿孔的)流化板、喷嘴或一组喷嘴(以下称为喷嘴底部)。喷嘴底部的设计可提供足够的气体流量，以防止固相颗粒沉积在底部上，并确保整个喷嘴底部表面的气流均匀分布。喷嘴底部设计的缺点是其复杂性，需要较高的制造劳动强度以及定期检查和维护。流化室可以是圆柱形或圆锥形，也可以是圆锥形部分和安装在其顶部的圆柱形部分的组合，将流化室设置在喷嘴底部上方，以形成一腔室，在该腔室中进行大多数反应器的技术过程，并且因此，以下将其称为反应室。在反应室的中心中通常是一根实心的棒或管，其形状为旋转体，其轴线与反应室的轴线重合。该旋转体穿过喷嘴底部，可以到达或可以不到达室的顶部(盖)以产生环形喷动。如果旋转体是管，它还可以用作气体管道，以从反应室中去除处理产物和废气，还可以用作执行额外技术操作的专用空间。使用本领域已知的方法，通过反应室的盖将气体和处理产物从反应室除去。为了防止在环的任何位置发生流化气体漏气(浓缩)，环形喷动流化床绕反应室的轴线旋转。旋转由专用设计的喷嘴底部执行，这增加了喷嘴底部的整体复杂性。因此，具有喷嘴底部导致设备的设计显着更复杂，这是本领域已知解决方案的缺点之一，这与本专利技术不包括用于通过底部供气的特殊元件的本专利技术不同，本专利技术显著简化了整体设计。本领域中已知的具有旋转的环形喷动流化床的设备还有另一个明显的缺点。围绕腔室轴线(中心管)在喷动内移动的固体和流体颗粒的速度具有旋转(切向)分量，即，颗粒受到离心力的影响，该离心力将颗粒从喷动的中心部分驱动到其外围并在喷动中心部分中形成缺乏非气态颗粒的过多气流。同时，在腔室壁附近的外围处会出现相对过量的非气态颗粒，这导致气体和冷凝的(非气态)颗粒在喷动的中心和壁附近部分中的不同条件下相互作用。这种不均匀性尤其导致喷动的不同区域之间的处理速率不均匀。当调节设备的功率(性能)时，最明显地体现出上述缺陷的不利影响。功率的增加导致通过反应器的气体流量增加，从而又增加了喷动中的圆周速度，并且离心力影响了非气态(凝结)的颗粒。最终，这会导致处理室的中心与其壁附近部分之间的处理速率不均匀性增加。迄今为止，本领域已知几种这样的解决方案。一种这样的解决方案是用于燃烧碎片的环形竖井炉(专利EP2180280，IPCC04B2/00，F27B1/16，于2010年4月28日公布)，该炉的内筒和外筒形成了用于燃烧材料的环形竖井。燃烧室布置在外筒上的燃烧器平面内，外筒还包围着设置在相邻燃烧室之间并在竖井内移动的腋下燃烧喷枪(风口)。该炉具有相当复杂的设计。本领域已知的另一解决方案是具有用于生产悬浮物的反应器的流化床设备(专利FR2937886，IPCF23C10/10，于2010年5月7日公布)。该反应器具有圆柱形或多边形的壳体，并包含实现为环形边缘并至少分布在壳体高度一部分上的混合轮廓。该设备可以没有流化格栅。该反应器的缺点是燃料不完全燃烧，可以通过在设备中反复循环来克服，但是这种解决方案增加了处理设施中设备的数量以及运行过程中的能耗。此外，突然停止后启动有问题。本领域已知的另一种方法是燃烧包含挥发性物质的碳质材料(WO2006003454，于2006年1月12日公布)，该方法包括：(I)提供由具有入口和出口的腔室组成的环形床反应器；(II)提供一种粉状燃料燃烧器，其进口直接或间接连接到燃烧室的出口；(III)通过入口将碳质材料进给到环形床腔中；(IV)在腔室中产生主要为圆周方向的流体流动，使含碳物质在环形床中绕腔室的轴快速循环并对其进行加热，因此最终将该物质转变为包含气体和细分散颗粒的混合物；(V)通过出口从燃烧室中去除混合物，并通过燃烧器的入口直接或间接地将其供应给燃烧器；(VI)在燃烧器中燃烧混合物。为了实现此方法，提出了一种燃烧包含挥发性物质的碳质材料的设备，该设备包括：(a)环形床反应器，包括(I)带有进口的腔室，该入口用于将含碳物质进给到该腔室中；(II)用于加热该腔室中的内容物的装置；以及(III)用于在该腔室内产生主要圆周流动的装置，以在环形床中围绕腔室的轴快速产生含碳物质的循环，因此将材料进行热解和烧结以生成包含气体和细分散颗粒的混合物，以及(IV)用于从腔室排放混合物的出口；和(b)用于燃烧粉状燃料的燃烧器，其进口直接或间接连接到腔室的出口。所述方法的缺点是由于对反应室工作容积的利用不充分，导致设备性能低下。此外，建议的反应器不允许对流化床的参数进行大范围的调节，从而无法达到所需的处理深度。本领域已知的另一解决方案是用于燃烧燃料或废物并进行各种化学反应的流化床反应器(专利RU2403966，IPCB01J8/24，2010年11月20日公开)。反应器壳体中的流化室具有锥形插入物。壳体的内表面和插入件的外表面形成具有环形横截面的空间，该空间用作流化室，并且气体流量根据壳体和插入件的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，其具有环形喷动流化床和用于试剂、流化气体以及当必要时的材料的至少一个进给通道，所述设备具有竖直布置的反应室(2)，所述反应室在其高度的至少一部分上具有向下渐缩的漏斗形状，其包括与反应室(2)同轴的管(5)，该管具有用于去除处理产物的至少一个孔(6)，其中反应室(2)的内表面(3)具有独特的台阶状结构；管(5)被引导穿过反应室(2)的底部(17)；该设备具有另外的通道(9)，用于提供流化气体和/或材料和/或试剂穿过反应室(2)的主体(3a)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种设备，其具有环形喷动流化床和用于试剂、流化气体以及当必要时的材料的至少一个进给通道，所述设备具有竖直布置的反应室(2)，所述反应室在其高度的至少一部分上具有向下渐缩的漏斗形状，其包括与反应室(2)同轴的管(5)，该管具有用于去除处理产物的至少一个孔(6)，其中反应室(2)的内表面(3)具有独特的台阶状结构；管(5)被引导穿过反应室(2)的底部(17)；该设备具有另外的通道(9)，用于提供流化气体和/或材料和/或试剂穿过反应室(2)的主体(3a)。


2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述反应室(2)的内表面(3)的台阶状结构形成为使得所述反应室(2)的内部体积成形为与反应室(2)同轴且彼此叠置的正多面体，例如正棱柱和正截棱锥。


3.根据权利要求2所述的设备，其中，在所述反应室(2)的整个高度上的至少一个部分具有多面体的有序结构。


4.根据权利要求3所述的设备，其中，在所述反应室(2)的向下渐缩的漏斗形部分内的多面体的有序结构形成为使得对于共享公共底平面的任何两个相邻的多面体，在上部多面体的底部处的多边形中的内切圆的半径不小于下部多面体的底部处的多边形的外接圆的半径。


5.根据权利要求3所述的设备，其中，所述多面体的有序结构以如下方式形成：所有正多面体在其底部处均具有相同边数的正多边形。


6.根据权利要求5所述的设备，其中所有正多面体的底部多边形的相应的边是平行的。


7.根据权利要求5所述的设备，其中，每个下部多面体相对于相邻的上部多面体绕反应室(2)的轴线旋转一定角度，从而偏离底部多边形的相应的边的平行位置。


8.根据权利要求1所述的设备，其中，在所述反应室(2)内的所述管(5)的一部分成形为相对于所述反应室(2)的轴线的旋转体。


9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述管被引导穿过反应室(2)的底部(17)和盖(7)，并且用于去除处理产物、流化气体和当需要时的材料的孔(6)在管(5)的上部形成在其侧面中。


10.根据权利要求1所述的设备，其中，在处理产物、流化气体和当需要时的材料通过由管(5)的开口上端形成的孔(6)去除的同时，所述管(5)被引导穿过所述反应室(2)的底部(17)并且不到达所述盖(7)。


11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备在底部(17)中具有与引导所述管(5)穿过所述底部(17)的开口同轴的另外的孔，以确保从所述反应室(2)部分除去处理产物。


12.根据权利要求1所述的设备，其中，通向所述反应室(2)的通道(9)的出口沿着高度并贯穿所述反应室(2)的整个周边以有序的方式布置。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·I·维亚切克，F·N·斯托罗泽乌，A·G·克瓦什宁，
申请(专利权)人：埃姆皮瑞欧有限公司，
类型：发明
国别省市：拉脱维亚;LV