專利名稱：多室分隔型流化床反應(yīng)爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來(lái)處理呈流化狀態(tài)的粉粒體(ore fines)的流化床反應(yīng)爐。
背景技術(shù)：
當(dāng)氣體在反應(yīng)爐中以相當(dāng)高的速度通過(guò)粉粒體床和多孔板式或管柵式氣體分配器時(shí)，在粉粒體和氣體之間存在的向上的摩擦力將與粉粒體的重量達(dá)到平衡。在這種狀態(tài)下，粉粒體就被懸浮在向上流動(dòng)的氣流中，這時(shí)粉粒體床被認(rèn)為是已經(jīng)流化而稱為流化床。在這種流化床中，粉粒體顆粒在向上流動(dòng)的氣流的作用下不停地上下飄動(dòng)。床內(nèi)的溫度可以保持均勻并且很容易控制。因此，這種流化床反應(yīng)爐已被廣泛應(yīng)用在各種工業(yè)領(lǐng)域中。例如，近年來(lái)，一種采用流化床的工藝過(guò)程就已經(jīng)被用來(lái)生產(chǎn)碳化鐵。作為煉鐵和煉鋼的一種原材料，碳化鐵的生產(chǎn)一直倍受關(guān)注。碳化鐵的生產(chǎn)是將鐵礦粉送入流化床反應(yīng)爐中，在一個(gè)預(yù)先確定的溫度下使鐵礦粉與一種還原性氣體(如氫氣)和一種碳化氣體(如像甲烷或類似的氣體)發(fā)生反應(yīng)而將鐵礦石中的氧化鐵還原和碳化。
對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)，日本專利公報(bào)特開(kāi)平1-176003曾經(jīng)公布了一種利用流化床來(lái)處理粉粒體的裝置(見(jiàn)附圖25)，其特征是在流化床反應(yīng)爐23中有一個(gè)原材料入口21和成品料出口22，爐體被氣體分配器24分隔成上下兩部分，氣體分配器24的下方有一個(gè)氣體風(fēng)箱25，氣體分配器24的上方是一個(gè)被隔板27分隔成多個(gè)隔室(26a至26e)的流化室26，在隔板27上有連通孔，原料送入流化床反應(yīng)爐23，并以流化狀態(tài)從進(jìn)口21穿過(guò)連通孔流向出口22，如圖25所示。
然而，在圖25所示的流化床反應(yīng)爐中，粉粒體從一間隔室到另一間隔室的遷移運(yùn)動(dòng)是通過(guò)位于隔板27下方的形狀簡(jiǎn)單的連通孔來(lái)完成的，因此，有時(shí)由于相鄰間室之間壓力平衡的原因而出現(xiàn)回竄(back mixing)現(xiàn)象(即下游側(cè)隔室中的原料向上游側(cè)隔室反向流動(dòng)的現(xiàn)象)，這種現(xiàn)象會(huì)使得將流化床分隔開(kāi)來(lái)所獲得的效果降低。為了便于理解本發(fā)明，下面將對(duì)傳統(tǒng)流化床反應(yīng)爐的回竄現(xiàn)象和缺點(diǎn)作一詳細(xì)說(shuō)明。
在流化床反應(yīng)爐中，粉粒體通常是作為原料被煅燒或起反應(yīng)的。因此，礦石在反應(yīng)爐中的滯留時(shí)間最好是長(zhǎng)一些。為了延長(zhǎng)滯留時(shí)間，可以采用的方法是增加反應(yīng)爐的外形尺寸或者增加反應(yīng)爐內(nèi)粉粒體床的高度。按照前一種方法，設(shè)備的制造成本會(huì)大大增加，而按照后一種方法，反應(yīng)爐的尺寸也要增加并且供氣壓縮機(jī)的功率會(huì)變得很大，從而會(huì)增加運(yùn)行成本。
因此，由各種公知結(jié)構(gòu)的氣體分配器和隔板組合而成的流化床反應(yīng)爐就被設(shè)計(jì)出來(lái)。例如，為人們熟知的使用一種氣體分配器的多室分隔型流化床反應(yīng)爐，其中風(fēng)箱1設(shè)置在底部，氣體從許多安裝在風(fēng)箱1上方氣體分配器2上的氣體噴嘴中噴出并在氣體分配器2的上方形成一個(gè)鐵礦粉的流化床4，該流化床4被隔板5分隔成若干間隔室(4a，4b，4c)，如

圖1所示。如果流化床被分隔成許多隔室(即流化床被分隔的數(shù)目n增加)礦石在反應(yīng)爐內(nèi)滯留的時(shí)間就會(huì)大大增加而如圖2所示。在圖2中，n＝1是表示流化床沒(méi)有被分隔的情況。
特別是當(dāng)碳化鐵生產(chǎn)工廠要求原料在反應(yīng)爐中滯留的時(shí)間為數(shù)小時(shí)或更長(zhǎng)的情況下，流化床的多室分隔型式(例如分隔成四個(gè)或七個(gè)隔室)是不可避免要加以采用的。為了使多隔板流化床具有這一特性，下列兩項(xiàng)要求必須加以考慮。①不產(chǎn)生回竄現(xiàn)象。
如圖3所示，要求大部分粉粒體應(yīng)該從被隔板6分隔開(kāi)的上游側(cè)隔室7穿過(guò)連通孔9流向下游側(cè)隔室8。然而，當(dāng)出現(xiàn)了粉粒體流從下游側(cè)隔室8流向上游側(cè)隔室7的(回竄)現(xiàn)象時(shí)，將流化床分隔開(kāi)來(lái)獲得的效果就會(huì)降低。例如，如果回竄發(fā)生在有四間隔室的情況下，礦石的爐內(nèi)滯留時(shí)間的分布曲線如圖2中曲線n＝4的情況就不會(huì)形成，而只能形成象圖4中用虛線表示的接近于n＝2的分布曲線。②上游側(cè)隔室與下游側(cè)隔室之間的流化床高度差應(yīng)設(shè)置為合適的數(shù)值。
盡管流化床上游側(cè)隔室的高度應(yīng)大于下游側(cè)隔室的高度以便實(shí)現(xiàn)從上游側(cè)向下游側(cè)的流動(dòng)，但這種流化床高度差以小一些為宜。例如，如果一個(gè)七分隔的流化床反應(yīng)爐的流化床高度差為200毫米，則流化床的總高度差就會(huì)高達(dá)1200毫米(200毫米×6)，因此，這種流化床反應(yīng)爐將不適用于平均流化床高度為1000毫米或2000毫米的反應(yīng)過(guò)程(對(duì)于它的應(yīng)用需要給予特別的考慮。換句話說(shuō)，有必要增加反應(yīng)爐的高度。另外，必須提高供氣壓力以適應(yīng)最大流化床高度，這樣一來(lái)設(shè)備和運(yùn)行成本都會(huì)提高。另外，要使氣體分布均勻地進(jìn)入隔室也有困難。更具體說(shuō)，如果氣體分配器的氣壓損失沒(méi)有極大地增加，氣體就不能均勻地分布)。
按照上述觀點(diǎn)，現(xiàn)有技術(shù)在多室分隔型流化床反應(yīng)爐中防止回竄(backmixing)的措施之一就是將連接相鄰隔室的連通孔尺寸減小。如果連通孔的尺寸被減小，流化床中上游和下游隔室之間的高度差就要增加，于是上述不利情況就會(huì)出現(xiàn)。
此外，傳統(tǒng)流化床反應(yīng)爐還有下述缺點(diǎn)③如果連通孔的長(zhǎng)度為100毫米或更小，回竄現(xiàn)象也會(huì)出現(xiàn)。
通常，流化床中每一點(diǎn)的壓力總在比1秒鐘還小的時(shí)間周期內(nèi)波動(dòng)波動(dòng)，粉粒體則按照連通孔的入口和出口之間的壓力差運(yùn)動(dòng)。例如，礦石流穿過(guò)連通孔時(shí)的波動(dòng)情況如圖5所示。在圖5中，“正號(hào)(+)”表示礦石流從上游側(cè)流向下游側(cè)，“負(fù)號(hào)(-)”表示從下游側(cè)流向上游側(cè)(回竄)。因此，如果連通孔的長(zhǎng)度較小(例如只有5毫米)，回竄現(xiàn)象就容易發(fā)生。
在這種情況下，當(dāng)連通孔長(zhǎng)度較大時(shí)，即使這時(shí)負(fù)(-)方向的礦石流已經(jīng)產(chǎn)生，負(fù)(-)方向的礦石流將停留在連通孔中。因此，得到的只是正(+)方向的礦石流。④在含有稠密粉粒體的下沖流尚未在連通孔進(jìn)出口附近形成的情況下，在連通孔內(nèi)將產(chǎn)生空隙部位，因此大量的氣體很容易穿過(guò)連通孔，于是流化床中的高度差就會(huì)有不適當(dāng)?shù)卦黾?。而且，?dāng)大量的氣體很容易地從上游側(cè)流向下游側(cè)時(shí)回竄現(xiàn)象就會(huì)產(chǎn)生。
考慮到現(xiàn)有技術(shù)的這些問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的就是要提供一種流化床反應(yīng)爐，它在上游隔室和下游隔室之間有合適的流化床高度差，不會(huì)引起回竄或只有極少量的回竄。
發(fā)明概述為了達(dá)到上述目的，應(yīng)將連通孔的垂直高度位置設(shè)定為某一個(gè)常數(shù)值或更小，將連接相鄰隔室的連通孔的長(zhǎng)度設(shè)定為某一個(gè)常數(shù)值或更大，將連通孔的入口和出口與氣體噴嘴的一個(gè)端面之間的距離設(shè)定為一常數(shù)值或更大，以及將連接連通孔上表面的拐角部分與氣體噴嘴的連線與水平面之間形成的夾角設(shè)置成大于原料粉粒的靜止角(angle of repose of raw materialfines)。因此，在上游側(cè)隔室中的原料能夠通過(guò)連通孔移向下游側(cè)隔室而大致不會(huì)引起原料固定地聚積在連通孔的入口和出口附近，也不會(huì)引起回竄。
本發(fā)明的一個(gè)方案是提供一種沸騰床型的多室分隔型流化床反應(yīng)爐，用來(lái)在通過(guò)設(shè)置在反應(yīng)爐下部氣體分配器上的數(shù)量很多的氣體噴嘴噴出的反應(yīng)氣體對(duì)從反應(yīng)爐的一個(gè)側(cè)面送入的原料粉粒進(jìn)行流化的同時(shí)進(jìn)行反應(yīng)，從而從反應(yīng)爐的另一個(gè)側(cè)面排出產(chǎn)品，其中流化床被隔板分隔成多間隔室，使得原料能夠從上游側(cè)的隔室移動(dòng)到下游側(cè)的隔室的連通孔設(shè)置在隔板的下部中，原料粉粒通過(guò)連通孔時(shí)的平均移動(dòng)速度為500毫米/秒或者更小，這種多室分隔型流化床反應(yīng)爐應(yīng)滿足的條件是連通孔的垂直位置高度是流化床高度的1/4或更小，連通孔的長(zhǎng)度為100毫米或更大；在氣體噴嘴幾乎是垂直向上噴射氣體的情況下，連通孔的入口與上游側(cè)噴嘴一端面之間的距離大于150毫米，連通孔的出口與下游側(cè)噴嘴端面之間的距離大于50毫米；在氣體噴嘴幾乎是向水平方向噴射氣體的情況下，連通孔的入口與上游側(cè)噴嘴端面之間的距離大于200毫米，連通孔的出口與下游側(cè)噴嘴端面之間的距離大于100毫米；在氣體噴嘴傾斜向下噴射氣體的情況下，連通孔的入口與上游側(cè)噴嘴端面之間的距離大于200毫米，連通孔的出口與下游側(cè)噴嘴端面之間的距離大于100毫米；以及由連接連通孔上表面的拐角部分與氣體噴口的連線與水平面形成的夾角大于原料粉粒在連通孔的上游側(cè)和下游側(cè)的任何一個(gè)開(kāi)口處的靜止角。
以本發(fā)明的功能為基礎(chǔ)，現(xiàn)對(duì)具有上述結(jié)構(gòu)特征的流化床反應(yīng)爐的各種結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行限制的原因詳細(xì)說(shuō)明如下。(1)不產(chǎn)生在連通孔中僅有氣體流動(dòng)的情況當(dāng)大量的氣體在連通孔中流動(dòng)時(shí)，壓力損失就要增加。于是，上、下游隔室之間的流化床高度差也增加(對(duì)于相同的粉粒體流而言)并會(huì)產(chǎn)生回竄現(xiàn)象。為了防止所述的流化床高度差和回竄現(xiàn)象的增加，有必要向連通孔充入大量的粉粒體。更確切地說(shuō)，如果在連通孔中只有粉粒體，則全部礦石微粒將在上游側(cè)流化床與下游側(cè)流化床之間的壓力差的作用下被從上游側(cè)推向下游側(cè)(在粉粒體從上游側(cè)向下游側(cè)有輕微的并且是短暫或瞬間移動(dòng)的情況下，如果移動(dòng)距離小于連通孔的長(zhǎng)度，這也不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題)。
通常，優(yōu)選采用下列方法使連通孔中的氣流減至最?、賹⑦B通孔的垂直位置設(shè)定在流化床高度的1/4處或者稍低。
將連通孔的垂直位置設(shè)定得太高是不好的，原因如下。在流化床的上部粉粒體的密度較低。如果將連通孔設(shè)置在高位上，氣體就很容易流進(jìn)連通孔。因此，通常將連通孔的垂直位置取為流化床高度的1/4或者更低。②在連通孔的入口附近形成含有稠密粉粒體的下沖流(downflow)。
如果將氣體分配器板10上的氣體噴嘴11設(shè)置在離距隔板6有一段適當(dāng)距離的位置上，如圖6所示，則粉粒體的移動(dòng)將會(huì)在連通孔9附近產(chǎn)生一個(gè)含有稠密粉粒體的下沖流，如圖6中的箭頭所示。該稠密下沖流在連通孔的入口附近將阻礙氣流進(jìn)入連通孔。③增加在連通孔入口附近的含有稠密粉粒體的下沖流的厚度。
當(dāng)粉粒體從上游側(cè)穿過(guò)連通孔向下游側(cè)流動(dòng)時(shí)，粉粒體的下沖流的一部分會(huì)進(jìn)連通孔9，如圖7(a)所示。這時(shí)，如果下沖流的厚度較小，不僅是粉粒體P而且還有氣體G都大量地被抽吸到連通孔9中如圖7(b)所示。當(dāng)大量氣體被吸進(jìn)連通孔時(shí)，上述問(wèn)題就會(huì)發(fā)生，因此，在連通孔入口處附近的含有稠密粉粒體的下沖流的厚度必須增加。
為了考察在連通孔入口處附近的含有稠密粉粒體的下沖流的形成與下沖流厚度增加的原因，曾經(jīng)做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)指出，連通孔9與氣體噴嘴(11a，11b，11c)之間的相對(duì)位置是很重要的，如圖8所示。當(dāng)氣體噴嘴與連通孔9太靠近時(shí)，粉粒體流的厚度很小(或者根本沒(méi)有形成)，而在連通孔中產(chǎn)生氣體流動(dòng)。因此粉粒體不能流入連通孔。另一方面，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣體噴嘴的位置離開(kāi)連通孔9遠(yuǎn)一些時(shí)，在連通孔入口處附近的下沖流的厚度就會(huì)增加。
在如圖9(a)所示采用向上噴嘴11a(其幾乎是垂直向上噴出氣體)的情況下，最好是將連通孔9的入口與向上噴嘴11a的一端面之間的距離X(見(jiàn)圖8(a))設(shè)置成大于150毫米。
在如圖9(b)所示采用幾乎是水平方向噴出氣體的水平噴嘴11b(噴嘴中的流速為10至80米/秒)的情況下，最好是將連通孔9的入口與水平噴嘴11b的一端面之間的距離X(見(jiàn)圖8(b))設(shè)置成大于200毫米。在如圖9(c)所示采用向下傾斜地噴出氣體的向下傾斜噴嘴11c(噴嘴中的流速為10至80米/秒)的情況下，最好是將連通孔9的入口與向下傾斜噴嘴11c的一端面之間的距離X(見(jiàn)圖8(c))設(shè)置成大于200毫米。
當(dāng)粉粒體在連通孔內(nèi)的平均移動(dòng)速度為500毫米/秒或更小的情況下，可以應(yīng)用對(duì)距離X的限制，其原因如下。如果粉粒體的平均移動(dòng)速度高于500毫米/秒，則不將距離X限定為一常數(shù)值或更大，也可以使粉粒體從連通孔的入口移動(dòng)向連通孔出口且不出現(xiàn)回竄現(xiàn)象。
粉粒體在連通孔中的平均移動(dòng)速度用單位為米/小時(shí)的數(shù)值來(lái)表示，它可以用流量Q(米3/小時(shí))除以連通孔的截面積(米2)得到，而流量Q則用粉粒體的進(jìn)給量A(噸/小時(shí))除以粉粒體的具體比重γ(噸/米3)得到。④在連通孔的出口附近形成含有稠密粉粒體的下沖流。
當(dāng)含有稠密粉粒體的下沖流尚未在連通孔的出口附近形成的情況下，粉粒體在連通孔的出口中不會(huì)出現(xiàn)，這時(shí)填充有粉粒體的連通孔的有效長(zhǎng)度就要減少，如圖10所示。結(jié)果，如上文所述，回竄現(xiàn)象就很容易發(fā)生。因此，最好是連通孔的入口附近相同，在連通孔出口附近也形成含有稠密粉粒體的下沖流。為此，最好是象連通孔入口附近那樣，將氣體噴嘴的一端面與連通孔出口之間的距離X設(shè)定為一個(gè)常數(shù)值或更大。此外，由于只要使連通孔中的粉粒體受壓從而不致在出口側(cè)滑落就足夠了，因此下沖流的厚度可小于入口側(cè)，對(duì)此將特別說(shuō)明如下。
在如圖9(a)所示使用向上噴嘴11a(噴出的氣體幾乎是垂直向上)的情況下，最好是將距離X設(shè)定為大于50毫米。
在如圖9(b)所示使用水平噴嘴11b(噴出的氣體幾乎是水平方向)的情況下，最好是將距離X設(shè)定為大于100毫米。
在如圖9(c)所示使用向下傾斜噴嘴11c(噴出的氣體呈向下傾斜)的情況下，最好是將距離X設(shè)定為大于100毫米。(2)使連通口前后沒(méi)有粉粒體聚積如果粉粒體在連通孔前后發(fā)生如圖11所示的聚積，則在連通孔內(nèi)的粉粒體將不能移動(dòng)。為了使粉粒體在連通孔中移動(dòng)，就有必要考慮加大連通孔前后隔室中流化床之間的高度差(例如，設(shè)定為數(shù)百毫米的并不經(jīng)濟(jì)的數(shù)值)。粉粒體聚積部位的產(chǎn)生取決于連通孔與氣體噴孔之間的連線與水平底板的夾角。通常，在氣體噴嘴附近粉粒體被氣流吹起，因此，如圖12所示，如果連通孔9下表面的拐角點(diǎn)P與氣體噴口Q的連線L與水平底板之間的夾角α大于粉粒體的靜止角(angle of repose)，粉粒體在連通孔9的入口附近就不會(huì)產(chǎn)生聚積，于是在連通孔9中的粉粒體就能從入口向出口移動(dòng)。實(shí)際上，可以看出，即使在α角稍微小于粉粒體靜止角的情況下，連通孔9中粉粒體的運(yùn)動(dòng)也沒(méi)有受到阻礙。這就是說(shuō)，從圖13中可以看出，如果連通孔9上表面的拐角點(diǎn)R與氣體噴口Q的連線M與水平底板之間的夾角β大于粉粒體的靜止角，這個(gè)問(wèn)題就不存在。原因是，即使角α小于粉粒體的靜止角并且在連通孔的入口附近出現(xiàn)少量聚積，在連通孔內(nèi)的粉粒體的運(yùn)動(dòng)也不會(huì)受到明顯的阻礙，因?yàn)樵贛線上及其附近(M線以下)有相當(dāng)數(shù)量的粉粒體隨著下沖流一起滑下斜坡。
因此，最好是使連通孔9上表面拐角點(diǎn)與氣體噴口的連線與水平底板之間形成的夾角大于礦石的靜止角。
優(yōu)選的是，使連通孔入口處的α角，β角及粉粒體靜止角之間的關(guān)系與出口處的這些角之間的關(guān)系相同是可取的。
上述結(jié)果也可以類似地應(yīng)用到各種公知的氣體分配器和氣體分配器板。(3)其他①優(yōu)選使連通孔下表面的位置比氣體噴嘴的噴射位置的端部稍高一些，這樣使在連通孔內(nèi)不容易產(chǎn)生聚積現(xiàn)象。②優(yōu)選使連通孔上游側(cè)開(kāi)口的直徑在向下游側(cè)延伸時(shí)逐漸減小，以便使得粉粒體容易流進(jìn)連通孔中。③優(yōu)選使連通孔上游側(cè)開(kāi)口的下表面部分從隔板的端面向上游側(cè)突出，以便使得含有稠密粉粒體的下沖流在連通孔的入口附近容易產(chǎn)生。優(yōu)選將突出部分上表面的拐角部?jī)A斜切割，以便使得在連通孔的入口附近不容易產(chǎn)生聚積。④優(yōu)選將突出部分的上表面做成從上游側(cè)向下游側(cè)向下傾斜，以便使得粉粒體在連通孔內(nèi)容易流動(dòng)。⑤優(yōu)選將連通孔做成從上游側(cè)向下游側(cè)向下傾斜，以便使得粉粒體在連通孔內(nèi)容易流動(dòng)。⑥優(yōu)選使這個(gè)傾斜角度大于粉粒體的靜止角，以便不容易產(chǎn)生聚積。⑦優(yōu)選使連通孔下游側(cè)開(kāi)口的下表面部分從隔板的端面向下游側(cè)突出，以便使含有稠密粉粒體的下沖流在連通孔的出口附近形成。并優(yōu)選將突出部分上表面的拐角部分傾斜切割，以便使得在連通孔的出口附近不容易產(chǎn)生聚積現(xiàn)象。⑧優(yōu)選連通孔從隔板的上游側(cè)和下游側(cè)的兩個(gè)端面都向外突出，以便使得含有稠密粉粒體的下沖流在連通孔的入口和出口附近都能形成，而且與隔板的厚度無(wú)關(guān)。⑨優(yōu)選在連通孔的中間部位設(shè)置一個(gè)或多個(gè)氣體噴嘴，以便將反應(yīng)氣體從這些噴嘴噴入連通孔中。結(jié)果使得粉粒體不會(huì)在連通孔中聚積。關(guān)于這部分反應(yīng)氣體，可以采用引入到流化床反應(yīng)爐中的氣體的一部分，或者采用從外部引入的氣體。一種多孔材料，例如一種多孔性耐火材料(耐火磚)可以用來(lái)作為氣體噴嘴的頭部。優(yōu)選將氣體噴嘴的頭部從上游側(cè)向下游側(cè)傾斜彎曲，以便使連通孔內(nèi)的粉粒體的聚積現(xiàn)象能得到進(jìn)一步遏制。
由于本發(fā)明有上述結(jié)構(gòu)特征，因此可以獲得下列效果。①按照本發(fā)明的第一方面，可以提供一種流化床反應(yīng)爐，其中原料粉?？梢越?jīng)連通孔從上游側(cè)移向下游側(cè)，并在上游側(cè)隔室和下游側(cè)隔室之間保持合適的流化床高度差而不引起回竄。因此可以實(shí)現(xiàn)一種制造成本和運(yùn)行成本都較低的流化床反應(yīng)爐。②按照本發(fā)明的第二方面，可以提供一種流化床反應(yīng)爐，其中原料粉粒不容易在連通孔內(nèi)聚積。③按照本發(fā)明的第三方面，可以提供一種流化床反應(yīng)爐，其中原料粉粒很容易流入連通孔。④按照本發(fā)明的第四方面，可以提供一種流化床反應(yīng)爐，其中含有稠密原料粉粒的下沖流很容易在連通孔的入口附近形成。⑤按照本發(fā)明的第五方面，可以提供一種流化床反應(yīng)爐，其中原料粉粒不容易在連通孔的入口附近聚積。⑥按照本發(fā)明的第六，第七和第八方面，可以提供一種流化床反應(yīng)爐，其中原料粉粒很容易流進(jìn)連通孔內(nèi)。⑦按照本發(fā)明的第九方面，可以提供一種流化床反應(yīng)爐，其中含有稠密原料粉粒的下沖流很容易在連通孔的出口附近形成。⑧按照本發(fā)明的第十方面，可以提供一種流化床反應(yīng)爐，其中原料粉粒不容易在連通孔的出口附近聚積。⑨按照本發(fā)明的第十一方面，可以提供一種流化床反應(yīng)爐，其中含有稠密原料粉粒的下沖流很容易在連通孔的入口和出口附近形成，不容易產(chǎn)生回竄現(xiàn)象，并且原料粉粒能夠從連通孔的上游側(cè)移動(dòng)到下游側(cè)，而與隔板的厚度無(wú)關(guān)。⑩按照本發(fā)明的第十二，第十三和第十四方面，可以提供一種流化床反應(yīng)爐，其中原料粉粒不容易在連通孔內(nèi)聚積。
雖然我們已經(jīng)參照附圖并通過(guò)舉例對(duì)本發(fā)明作了充分地說(shuō)明，但應(yīng)該理解的是，其它的一些修改和改進(jìn)對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是很明顯的。因此，除非這些變化和改進(jìn)離開(kāi)了本發(fā)明的范疇，這些修改和改進(jìn)都應(yīng)被認(rèn)為是包括在本發(fā)明以內(nèi)的，。
附圖簡(jiǎn)介圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多隔板流化床反應(yīng)爐的縱剖面圖；圖2是示出流化床反應(yīng)爐中原料粉粒的數(shù)量與其在反應(yīng)爐中的滯留時(shí)間之間關(guān)系的曲線圖；圖3是示出原料在流化床反應(yīng)爐中移動(dòng)的視圖；圖4是示出流化床反應(yīng)爐中原料粉粒的數(shù)量與其在反應(yīng)爐中的滯留時(shí)間之間關(guān)系的曲線圖；圖5是示出原料在連接隔室的連通孔內(nèi)的移動(dòng)情況的視圖；圖6是示出粉粒體在連通孔的入口附近的流動(dòng)狀況的視圖；圖7(a)和7(b)是示出粉粒體在連通孔的入口附近的流動(dòng)狀況的另外兩個(gè)視圖；圖8(a)，8(b)和8(c)是示出連通孔的入口與氣體噴嘴的端面之間的距離X的視圖；圖9(a)是示出向上噴嘴的剖面圖，圖9(b)是示出水平噴嘴的剖面圖，圖9(c)是示出向下傾斜噴嘴的剖面圖；圖10是示出連通孔出口附近粉粒體充填狀況的視圖；圖11是示出連通孔入口附近粉粒體聚積狀況的視圖；圖12是示出連接連通孔上游側(cè)開(kāi)口的下表面拐角點(diǎn)P與氣體噴口Q的連線與水平面之間形成的夾角(α)的視圖；圖13是示出連接連通孔上游側(cè)開(kāi)口的上表面拐角點(diǎn)R與氣體噴口Q的連線與水平面之間形成的夾角(β)的視圖；圖14(a)和14(b)是兩個(gè)示出了連通孔上游側(cè)開(kāi)口的直徑向下游側(cè)逐漸減小的實(shí)例的剖面圖；圖15是一個(gè)實(shí)例的剖面圖，其中連通孔上游側(cè)開(kāi)口的下表面從隔板的端面向外突出；
圖16是一個(gè)實(shí)例的剖面圖，其中圖15中突出部分上表面的拐角部被傾斜切割；圖17是一個(gè)實(shí)例的剖面圖，其中圖15中突出部分上表面從上游側(cè)向下游側(cè)向下傾斜；圖18是一個(gè)實(shí)例的剖面圖，其中連通孔從上游側(cè)向下游側(cè)向下傾斜；圖19是一個(gè)實(shí)例的剖面圖，其中連通孔下游側(cè)開(kāi)口的下表面從隔板的端面突出；圖20是一個(gè)實(shí)例的剖面圖，其中圖19中突出部分上表面的拐角部分被傾斜切割；圖21是一個(gè)實(shí)例的剖面圖，其中連通孔從隔板的上游側(cè)和下游側(cè)的兩個(gè)端面分別突出；圖22是一個(gè)實(shí)例的剖面圖，其中氣體噴嘴位于連通孔中部；圖23是一個(gè)實(shí)例的剖面圖，其中將多孔材料用作設(shè)置在連通孔中部的氣體噴嘴的頭部；圖24是一個(gè)實(shí)例的剖面圖，其中設(shè)置在連通孔中部的氣體噴嘴的頭部從上游側(cè)向下游側(cè)傾斜彎曲；和圖25是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的流化床反應(yīng)爐結(jié)構(gòu)的示意圖。
本發(fā)明的最佳實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)驗(yàn)并參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。(1)實(shí)驗(yàn)條件(一例)①原料粉粒a.將容積密度為2.0噸/米3的鐵礦粉以2.0噸/小時(shí)的速度送入流化床反應(yīng)爐的實(shí)驗(yàn)設(shè)備中。
b.將容積密度為1.5噸/米3的硅石粉以2.0噸/小時(shí)的速度送入流化床反應(yīng)爐的實(shí)驗(yàn)設(shè)備中。
由于流化床反應(yīng)爐實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用了一個(gè)圓柱形透明塑料爐身，因此可以從外面清楚地觀察到原料粉粒的流化現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)設(shè)備與圖1所示的實(shí)際流化床反應(yīng)爐很不相同，其中并沒(méi)有用于支撐氣體分配器板2的支撐管12，但設(shè)置了一塊隔板5，用來(lái)將流化床4隔成若干隔室。另外，采用空氣作為導(dǎo)入氣體，并設(shè)定在常溫下。②將位于隔板下部的連通孔的高度設(shè)定為流化床高度的1/4或者小一些。③連通孔的孔徑為150毫米。④在①，③條件下，原料粉粒穿過(guò)連通孔的平均移動(dòng)速度，即對(duì)于鐵礦粉為20毫米/秒，對(duì)于硅石粉為30毫米/秒。(2)基本形式(結(jié)構(gòu)如圖8所示)連通孔9的長(zhǎng)度為200毫米。在氣體噴嘴噴出的氣體幾乎是垂直向上的情況下，將入口一側(cè)的距離X設(shè)定為200毫米，將出口一側(cè)的距離X設(shè)定為200毫米。在氣體噴嘴噴出的氣體為傾斜向下的情況下，將入口一側(cè)的距離X設(shè)定為250毫米，將出口一側(cè)的距離X設(shè)定為200毫米。角度β(見(jiàn)圖13)設(shè)定為45度(鐵礦粉的靜止角為40度，硅石粉的靜止角為30度)。在上述條件下，進(jìn)行鐵礦粉或硅石粉的流化實(shí)驗(yàn)。在連通孔9入口和出口間壓力差的影響下，任何所述的穿過(guò)連通孔9的原料粉粒在向出口一側(cè)移動(dòng)了一段固定距離后會(huì)向入口一側(cè)少量地移動(dòng)，同時(shí)從上游側(cè)隔室移動(dòng)到下游側(cè)隔室且不會(huì)引起回竄。
在氣體噴嘴噴出的氣體幾乎是垂直向上并且將連通孔9入口一側(cè)的距離X設(shè)定為150毫米或更小和將連通孔9出口一側(cè)的距離X設(shè)定為50毫米或更小的情況下，氣體流入連通孔，于是上游側(cè)隔室和下游側(cè)隔室之間的流化床高度差會(huì)大大增加(大約200毫米)，回竄現(xiàn)象就會(huì)出現(xiàn)。在氣體噴嘴噴出的氣體為傾斜向下的情況下，將連通孔9入口一側(cè)的距離X設(shè)定為200毫米或更小以及連通孔9出口一側(cè)的距離X設(shè)定為100毫米的情況下，會(huì)出現(xiàn)同樣的現(xiàn)象。
在角度β等于或小于鐵礦石靜止角的情況下，在連通孔的入口附近將會(huì)出現(xiàn)聚積部位，從而使得原料粉粒不能移入連通孔。(3)連通孔上游側(cè)開(kāi)口的直徑向下游側(cè)逐漸減小。
如圖14(a)所示，連通孔9上游側(cè)的開(kāi)口形如一個(gè)曲面。如圖14(b)所示，連通孔9上游側(cè)的開(kāi)口被傾斜切割。當(dāng)采用上述任一形式時(shí)，可以肯定原料粉粒會(huì)平順地流入連通孔9中。(4)連通孔上游側(cè)開(kāi)口的下表面從隔板的端面向上游側(cè)突出。
如圖15所示，當(dāng)連通孔9上游側(cè)開(kāi)口的下表面從隔板的端面向上游側(cè)突出時(shí)，可以肯定，含有稠密粉粒體的下沖流會(huì)在連通孔9的入口附近形成。還可以肯定，粉粒體從連通孔9的入口向出口移動(dòng)并且不會(huì)引起回竄現(xiàn)象。(5)在圖15所示的突出部分的上表面的拐角部被傾斜切割。
采用圖15所示的結(jié)構(gòu)會(huì)在下表面部分13上產(chǎn)生少量的粉粒體聚積。但若采用圖16所示的結(jié)構(gòu)，將下表面部分13的上表面的拐角部?jī)A斜切割，就肯定不會(huì)出現(xiàn)這種聚積現(xiàn)象。(6)圖15所示的突出部分的上表面從上游側(cè)向下游側(cè)向下傾斜30度。
如圖17所示，當(dāng)下表面部分13從上游側(cè)向下游側(cè)向下傾斜30度時(shí)，粉粒體的自重將附加在連通孔9入口一側(cè)和出口一側(cè)之間的流化床壓差上，因此，與圖15或16所示的結(jié)構(gòu)相比較，可以肯定該結(jié)構(gòu)對(duì)粉粒體在連通孔9內(nèi)的運(yùn)動(dòng)會(huì)有所促進(jìn)。(7)連通孔從上游側(cè)向上游側(cè)向下傾斜。
當(dāng)連通孔9被做成如圖18所示從上游側(cè)向下游側(cè)向下傾斜30度時(shí)，與圖8所示的結(jié)構(gòu)相比較，可以肯定它對(duì)粉粒體在連通孔9內(nèi)的運(yùn)動(dòng)會(huì)有所促進(jìn)。
建議將圖17和18中的傾斜角設(shè)定為30度或更大一些，以便促進(jìn)粉粒體的運(yùn)動(dòng)。(8)連通孔下游側(cè)開(kāi)口的下表面部分從隔板的端面向下游側(cè)突出。
如圖19所示，當(dāng)連通孔9下游側(cè)開(kāi)口的下表面部分13做成向下游側(cè)突出時(shí)，可以肯定，連通孔9的出口附近將形成含有稠密粉粒體的下沖流。還可以肯定，粉粒體從連通孔9的入口向出口移動(dòng)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)回竄現(xiàn)象。(9)將圖19所示的突出部分的拐角部分傾斜切割。
采用圖19所示的結(jié)構(gòu)會(huì)在下表面部分13上產(chǎn)生少量的粉粒體聚積，但若采用圖20所示的結(jié)構(gòu)，將下表面部分13的上表面拐角部分傾斜切割，就肯定不會(huì)出現(xiàn)聚積。(10)連通孔的長(zhǎng)度為100毫米或更長(zhǎng)，在隔板的下部分別向上游側(cè)和下游側(cè)突出，隔板的厚度為100毫米或更小。
盡管隔板上的連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上采用了如圖21所示的管狀連通孔9a，也能獲得同樣的效果。(11)氣體噴嘴位于連通孔的中部。
如圖22所示，氣體噴嘴14設(shè)置在連通孔9的中部，被引入到流化床反應(yīng)爐內(nèi)的反應(yīng)氣體的一部分通過(guò)氣體噴嘴14噴入連通孔9中。因此，可以肯定，在連通孔9內(nèi)很難出現(xiàn)粉粒體的積聚。
圖23示出了將一種多孔材料15(例如多孔耐火材料(耐火磚))用于氣體噴嘴14頭部的情況?？梢钥隙ǎ?dāng)氣體噴嘴14的頭部如圖23所示用某種多孔材料制成時(shí)，與圖22所示的情況相同，粉粒體在連通孔9內(nèi)的聚積將能避免。
在圖24中，連通孔9上設(shè)置了三個(gè)氣體噴嘴14a，14b和14c，所述噴嘴的頭部均從上游側(cè)向下游側(cè)傾斜彎曲。因此，可以肯定，粉粒體在連通9內(nèi)的聚積可以完全消除。
工業(yè)應(yīng)用由于本發(fā)明具有上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此按照本發(fā)明制造的流化床反應(yīng)爐在上游隔室和下游隔室之間將具有合適的流化床高度差，不會(huì)出現(xiàn)回竄現(xiàn)象或只有極小量的回竄。因此，本發(fā)明的流化床反應(yīng)爐非常適合用來(lái)處理呈流化狀態(tài)的粉粒體。
權(quán)利要求
1.一種沸騰床型的多室分隔型流化床反應(yīng)爐，用于在通過(guò)設(shè)置在反應(yīng)爐下部氣體分配器上的數(shù)量很多的氣體噴嘴噴出的反應(yīng)氣體對(duì)從反應(yīng)爐的一個(gè)側(cè)面送入的原料粉粒進(jìn)行流化的同時(shí)進(jìn)行反應(yīng)，由此從反應(yīng)爐的另一個(gè)側(cè)面排出產(chǎn)品，其中，流化床被隔板分隔成多個(gè)隔室，在隔板的下部上設(shè)有連通孔，使得原料能從上游側(cè)的隔室移動(dòng)到下游側(cè)的隔室，原料粉粒穿過(guò)連通孔的平均移動(dòng)速度為500毫米/秒或者更小一些，所述多室分隔型流化床反應(yīng)爐應(yīng)滿足下列條件連通孔的豎直位置高度是流化床高度的1/4或更?。贿B通孔的長(zhǎng)度為100毫米或更大；在氣體噴嘴幾乎是垂直向上地噴射氣體的情況下，連通孔的入口與上游側(cè)噴嘴端面之間的距離大于150毫米，連通孔的出口與下游側(cè)噴嘴端面之間的距離大于50毫米；在氣體噴嘴幾乎是向水平方向噴射氣體的情況下，連通孔的入口與上游側(cè)噴嘴端面之間的距離大于200毫米，連通孔的出口與下游側(cè)噴嘴端面之間的距離大于100毫米；在氣體噴嘴傾斜向下地噴射氣體的情況下，連通孔的入口與上游側(cè)噴嘴端面之間的距離大于200毫米，連通孔的出口與下游側(cè)噴嘴端面之間的距離大于100毫米；和由連接連通孔上表面的拐角部分與氣體噴口的連線與水平面形成的夾角大于原料粉粒在連通孔的上游側(cè)和下游側(cè)的任何一個(gè)開(kāi)口處的靜止角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多室分隔型流化床反應(yīng)爐，其中連通孔的下表面位于氣體噴嘴的氣體噴射部位的上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多室分隔型流化床反應(yīng)爐，其中連通孔上游側(cè)開(kāi)口的直徑向下游側(cè)逐漸減小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多室分隔型流化床反應(yīng)爐，其中連通孔上游側(cè)開(kāi)口的下表面部分從隔板的端面向上游側(cè)突出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多室分隔型流化床反應(yīng)爐，其中突出部分上表面的拐角部被傾斜切割。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多室分隔型流化床反應(yīng)爐，其中突出部分的上表面是從上游側(cè)向下游側(cè)向下傾斜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3所述的多室分隔型流化床反應(yīng)爐，其中連通孔從上游側(cè)向下游側(cè)向下傾斜。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的多室分隔型流化床反應(yīng)爐，其中傾斜角度大于原料粉粒的靜止角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多室分隔型流化床反應(yīng)爐，其中連通孔下游側(cè)開(kāi)口的下表面部分從隔板的端面向下游側(cè)突出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多室分隔型流化床反應(yīng)爐，其中突出部分上表面的拐角部被傾斜切割。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多室分隔型流化床反應(yīng)爐，其中連通孔從隔板的上游側(cè)和下游側(cè)的兩個(gè)端面分別突出。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多室分隔型流化床反應(yīng)爐，其中在連通孔的中部設(shè)置一個(gè)或多個(gè)氣體噴嘴，反應(yīng)氣體就從氣體噴嘴噴入連通孔中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的多室分隔型流化床反應(yīng)爐，其中多孔材料被用作氣體噴嘴的頭部。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的多室分隔型流化床反應(yīng)爐，其中氣體噴嘴的頭部從上游側(cè)向下游側(cè)傾斜彎曲。
全文摘要
一種不會(huì)出現(xiàn)回竄現(xiàn)象的流化床反應(yīng)爐,其上游隔室和下游隔室之間有合適的流化床高度差。允許原料粉粒從上游側(cè)向下游側(cè)移動(dòng)的連通孔(9)的豎直位置高度是流化床高度的1/4或更小,連通孔(9)的長(zhǎng)度為100毫米或更大;在氣體噴嘴幾乎是垂直向上地噴射氣體的情況下,連通孔(9)的入口與上游側(cè)噴嘴端面之間的距離(X)大于150毫米,連通孔(9)的出口與下游側(cè)噴嘴端面之間的距離(X)大于50毫米;在氣體噴嘴幾乎是在水平方向噴射氣體的情況下,連通孔(9)的入口與上游側(cè)噴嘴端面之間的距離(X)大于200毫米,連通孔(9)的出口與下游側(cè)噴嘴端面之間的距離(X)大于100毫米;在氣體噴嘴傾斜向下地噴射氣體的情況下,連通孔(9)的入口與上游側(cè)噴嘴端面之間的距離(X)大于200毫米,連通孔(9)的出口與下游側(cè)噴嘴端面之間的距離(X)大于100毫米;和連接連通孔(9)上表面的拐角部分與氣體噴口的連線與水平面之間形成的夾角大于在連通孔(9)的上游側(cè)和下游側(cè)的任何一個(gè)開(kāi)口中的原料粉粒的靜止角。
文檔編號(hào)B01J8/18GK1276861SQ98810347
公開(kāi)日2000年12月13日 申請(qǐng)日期1998年9月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月20日
發(fā)明者野本博樹(shù), 岸本充晴, 清水雅樹(shù), 堤香津雄, 餝雅英 申請(qǐng)人:川崎重工業(yè)株式會(huì)社