配置环向多喷口布风机构的环形喷动床

摘要

一种配置环向多喷口和V型导流室的环形喷动床，两个以转轴为中心的同心竖立圆筒构成环形空间，环形空间底部设置多喷口的布风机构，内圆筒下部设置过渡圆锥体与出料管连接，内圆筒上端设置旋转锥形布料器，旋转锥体布料器通过中心的转轴与上端的电动机连接，布风机构下部为稳压风室，物料通过给料管进入锥体布料器，增压流体通过稳压风室进入布风机构而喷入环形空间，内圆筒底部设置螺旋卸料器，转抽上设有搅拌叶片。本发明结构紧凑，能获得较高的间壁传热效果，流态化操作弹性范围宽，加强了气固换热和颗粒混合速率，能有效防止颗粒在壁面的粘结，独特的喷嘴与V型导流室组合配置的多喷口布风机构，有效地减小了压损，提高了效能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种配置环向多喷口布风机构的环形喷动床，是一种高效的气固接触反应器，属于物料干燥、生物质气化、活性炭生产、煤气化联产以及燃煤烟气脱硫等技术领域。

背景技术

喷动床技术是流态化技术的一个重要分支，它最早出现于50年代初期。喷动床技术主要用于谷物干燥，造粒、颗粒涂层等。另外，喷动床在低品质煤燃烧和气化、低热值工业废物燃烧以及天然气部分氧化制氢等工艺中也扮演着重要的角色。

传统的喷动床结构主要由喷动气入口喷嘴、底部倒锥及圆柱主体三部分组成。流体(通常是气体)经由位于园锥形底部中心处的一个小孔(喷嘴或孔板)垂直向上射入，形成一个随流体流速的增高而逐渐向上延伸的射流区。当流体喷射速率足够高时，该射流区将穿透床层而在颗粒床层内产生一个迅速穿过床层中心向上运动的稀相气固流栓(喷射区)。当这些被流体射流夹带而高速向上运动的粒子穿过环绕其四周缓慢向下移动的颗粒床层(环隙区)而升至高过床层表面的某一高度时，由于流体速度的骤然减低，颗粒会像喷泉一样因重力而回落到环隙区表面而形成喷泉区。这些回落的颗粒沿环隙区缓慢向下移动至床层下部，然后又渗入喷射区被重新夹带上来而形成颗粒的极有规律的内循环。这种具有稀相喷射区、密相环隙区、喷泉区三区流动结构的流动现象就是喷动现象。

喷动床的结构对喷动现象的发生有很大影响。例如，当入口喷嘴直径与喷动床柱体直径之比大于某一临界值时就不会出现颗粒的喷动，此时床层会随着流速的增加由固定床直接转变为聚式流化状态。

传统的流化床在操作过程中易出现分层和节涌，对流体和颗粒之间的传热传质不利。而单一喷动床则经常出现环隙区底部死区和易粘结颗粒在环隙区的团聚，影响颗粒混合和气固传热以及正常的操作运行。

为克服喷动床环形区底部“死区”的影响，可以在环形区底部通入辅助气体，使环形区底部颗粒床层疏松，减弱或基本上消除“死区”。如果环形区形成移动床状态，这就是所谓的充气喷动床.如果环形区形成流态化状态，就是喷动流化床(喷流床)。无论是充气喷动床还是喷流床，其床体中央都为喷管区，又称稀相输送区，其四周为环形区，又称浓相区。环形区的送风和中心喷动区的送风需要在一定的配比范围内，才能实现良好的工作状态。

现有的多喷头喷动床是在喷动床底部设置多个平行的入射喷嘴，通过每个入口喷嘴的流量必须分别单独控制，并采用相互连通的锥形段，这样容易造成床内送风不均匀，特别在小风量时局部地方容易发生死区。多个送风管的风量难于分别控制，实际操作非常困难。

发明内容

本发明的目的在于针对现有喷动床和流化床的上述不足，提供一种配置环向多喷口布风机构的环形喷动床，结构紧凑，床层换热和间壁换热速率快，可以有效防治单一喷动床常出现的环隙区底部死区和某些易粘结颗粒在环隙区的团聚，强化气流对床层的扰动，增加颗粒混合速率以及气流在床内的停留期。

为实现这一目的，本发明环形喷动床的环形空间由内外两个同心的竖立圆筒组成，环形空间底部设置独特的多喷口布风机构，由多个独立的八型喷嘴或斜喷嘴和相应的V型导流室构成。内圆筒下部设置过渡圆锥体与出料管连接，内圆筒上端设置的旋转锥形布料器通过中心的转轴与上端的电动机连接，与顶部给料机相连的进料管位于旋转锥形布料器的上方。布风机构下部为稳压风室，增压流体通过稳压风室进入布风机构而喷入环形空间，由于稳压风室的作用，使得进入布风机构上各个喷嘴的风量均匀稳定，无须对各喷嘴的风量风压进行分别控制。内圆筒底部设置螺旋卸料器，转轴上设有搅拌叶片。在给料机中的物料通过给料管进入锥体布料器，在离心力的作用下将物料均匀抛入环形空间。物料在环形空间被均匀喷动流化，大颗粒在底部密相区喷动流化，上部稀相区的细小颗粒通过内圆筒上端的溢流口进入内圆筒内。存积在内圆筒内的物料由搅拌片搅动，并在螺旋卸料器的推动下，从出料管卸出。

本发明的具体结构如下：

一种配置环向多喷口布风机构的环形喷动床，主要由环形空间、独特的多喷口布风机构、旋转锥体布料器，稳压风室、螺旋卸料叶片等组成。外圆筒与内圆筒为以转轴为中心的两个同心竖立圆筒，内圆筒直径为100～2000mm，外圆筒直径为200～2800mm。内圆筒下部设置过渡圆锥体与出料管连接，外圆筒与内圆筒构成的环形空间底部设置独特的多喷口布风机构，它由4～100个八型喷嘴和相应的喷口以及对应的V型导流室构成，喷口尺寸d为5～300mm，V型导流板与水平线的夹角α、β为50°～90°，喷嘴与水平线夹角θ₁为20°～90°、θ₂为20°～160°。在喷动床上部空间，即内圆筒上端溢流口的上方设有旋转锥形布料器，与顶部给料机相连的进料管位于旋转锥形布料器的上方，物料通过给料管进入锥体布料器。旋转锥体布料器通过中心的转轴与上端的电动机连接，在离心力的作用下将物料均匀抛入环形空间。布风机构下部设置的稳压风室与外圆筒直径一致，由送风机或外界气源提供的增压流体通过送风管道导入稳压风室，再进入布风机构而喷入环形空间。物料在环形空间被气流均匀喷动流化并发生气固接触反应，大颗粒在底部密相区喷动流化，细小颗粒被气流夹带进入上部稀相区，部分颗粒通过内圆筒上端的溢流口进入内圆筒，气流则从气体出口排出。在内圆筒底部设置螺旋卸料器，螺旋卸料器与旋转锥体布料器采用同一根转轴工作，在转抽上设置有搅拌叶片，存积在内圆筒内的物料由搅拌叶片搅动，并在螺旋卸料器的推动下，从出料管卸出。

本发明的喷动流化原理是：

增压气体通过稳压风室进入布风机构而喷入环形空间，布风机构由多个喷嘴和V型导流室构成，物料在环形空间被喷动流化。当环形喷动床内载料量很少时，颗粒基本被喷动抛出V型导流室，并在床内作环向振荡循环运动。随床内载料量的进一步增加，振荡高度有所下降，达到一定载料量以后，在喷风口处喷动的颗粒物料开始堆积填充。进一步增加床内载料量，各个喷风口的颗粒存料和送风逐渐变得均匀，颗粒在环形喷动床内出现分区喷动流化现象，沿床高方向，分为三个明显不同的喷动流化区域：(1)V型导流室内以颗粒填充移动和喷动搅拌为主的流动区；(2)V型导流室上部的密相喷动流化区；(3)上部空间的颗粒稀相夹带区。

在近喷风口处的V型导流室，送风推动颗粒在V型导流室内喷动搅拌或喷出V型导流室。在V型导流室内，颗粒基本以填充移动和喷动搅拌为主形成物料的上下循环和混合；由于颗粒的堆积作用，贴近斜向导流板壁面的一定厚度的范围内，颗粒以移动形式运动，从而造成在环向上相邻V型导流室通过斜向导流板也进行着物料的快速交换。

在V型导流室上部的颗粒密相运动区，由于气腔的不断上升，这部分颗粒层主要以喷动流化形式为主，密相层表面的颗粒在一定高度内喷起波动。随着载料量的增多，密相区的高度不断增加，颗粒喷动流化运动更加剧烈。随床内颗粒载料量的增加，颗粒密相区高度不断增加。在相同的颗粒载料量和喷动风量下，喷动床高度随粒径的增加而降低。

在环形喷动床内，当颗粒喷动高度超过内圆筒上设置的溢流口时，就有一部分颗粒通过溢流口进入内圆筒；在内圆筒底部设置螺旋卸料器，螺旋卸料器与布料器采用同一根转轴工作，在转抽上设置有搅拌叶片，存积在内圆筒内的物料由搅拌叶片搅动，并在螺旋卸料器的推动下，从出料管卸出。

本发明具有下述优点：

1.环形喷动床结构紧凑，能获得较高的间壁传热效果。

2.环形喷动床内物料流化所需的耗气量少，能耗低，在很宽的范围内均能形成较浓密的床层，流态化操作弹性范围宽。

3.环形喷动床气固传热速率快，颗粒混合激烈均匀，床料扰动大，可有效防止物料粘结堵塞，温度分布均一。

4.采用新颖独特的布风机构，多个独立的喷嘴配置独立的V型导流室，压损小，效能高；

5.由于采用了有效的稳压风室，使得进入布风机构上各个喷嘴的风量均匀稳定，无须对各喷嘴的风量风压进行分别控制。

6.采用斜喷口布风机构，可使气流在环形空间绕内圆筒螺旋上升，延长了气体在床内的停留时间，加强了气固换热和颗粒混合速率。同时颗粒物料沿环向的传输速率也相应地加快。由于气流强烈地旋流冲刷和扰动，可有效地防止颗粒在壁面的粘结。

7.新颖的布料和出料系统，独特的搅拌和卸料技术可有效地防止物料粘结，确保下料顺畅。

附图说明

图1为本发明环形喷动床的结构示意图。

图1中，1为给料机，2为电动机，3为气体出口，4为旋转锥体布料器，5为转轴，6为外圆筒体，7为内圆筒体，8螺旋卸料叶片，9为布风机构，10为出料管，11为送风管道，12为送风机，13为稳压风室，14为过渡圆锥体，15为搅拌叶片，16为环形空间，17为进料管。

图2为配置斜喷嘴送风与V型导流室组合的多喷口布风机构示意图。

图2中，18为V型导流板，19为斜喷嘴，20为喷口，21为密封底板，22为V型导流室，d为喷口宽度。

图3为配置八型喷嘴送风与V型导流室组合的多喷口布风机构示意图。

图3中，18为V型导流板，20为喷口，21为密封底板，22为V型导流室，23为八型喷嘴，d为喷口宽度。

图4为八个喷口的布风机构实施例1(俯视图)。

图4中，7为内圆筒体，6为外圆筒体，20为喷口，沿环向布置有八个喷口。

图5为八个喷口的布风机构实施例2(俯视图)。

图5中，7为内圆筒体，6为外圆筒体，20为喷口，沿环向布置有八个喷口，24为内锥体导流板，25为外锥体导流板。

图6为图5中B-B剖面图。

图6中，20为喷口，沿环向布置有八个喷口，21为环形密封底板，22为V型导流室，23为八型喷嘴，24为内锥体导流板，25为外锥体导流板，26为喷嘴导流内锥体，27为喷嘴导流外锥体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。

本发明的环形喷动床结构如图1所示，主要由环形空间16、布风机构9、旋转锥体布料器4，稳压风室13、螺旋卸料器8、给料机1、出料管10等组成。外圆筒6与内圆筒7是以转轴5为中心的两个同心竖立圆筒，外圆筒6直径为200～2800mm，内圆筒7直径为100～2000mm。在内圆筒7下部设置过渡圆锥体14，过渡圆锥体14的底部与出料管10连接。外圆筒6与内圆筒7构成环形空间16，在环形空间16的底部设置独特的多喷口的布风机构9，在内圆筒7上端溢流口的上方设有旋转锥形布料器4，与顶部给料机1相连的进料管17位于旋转锥形布料器4的上方，物料通过给料管17进入旋转锥体布料器4，旋转锥体布料器4通过中心的转轴5与上端的电动机2连接，电动机2通过转轴5带动旋转锥体布料器4旋转，使旋转锥体布料器4内的物料在离心力的作用下均匀抛入环形空间16内。在布风机构9下部为圆筒形结构的稳压风室13，稳压风室13与环形空间16的外圆筒7直径一致。增压流体由送风机12或外界气源提供，通过送风管道11导入稳压风室13，在稳压风室13的气流进入布风机构9而喷入环形空间16，物料在环形空间16内被均匀喷动流化并发生气固接触反应，部分颗粒通过内圆筒7上端的溢流口进入内圆筒7内部；在内圆筒7底部设置螺旋卸料器8，螺旋卸料器8与旋转锥体布料器4采用同一根转轴5工作，在转抽5上位于内圆筒7的内部设置有搅拌叶片15，存积在内圆筒7内的物料由搅拌叶片15搅动，并在螺旋卸料器8的推动下，从出料管10卸出。

本发明所述的布风机构采用多喷口结构形式，喷口可以采用斜喷嘴或八型斜喷嘴。图2所示为本发明多喷口布风机构的技术方案之一。该方案设计的多喷口布风机构为斜喷嘴送风与V型导流室组合配置，主要由斜喷嘴19、V型导流室22、喷口20、密封底板21等组成。密封底板21沿环向设置多个喷口20，每个喷口20下面设置斜喷嘴19，每个喷口20与其上面设置的两块导流板18构成一个独立的V型导流室22，斜喷嘴19与V型导流室22一一对应，数量一致。稳压风室13的气流通过斜喷嘴19从喷口20喷入V型导流室22。喷口20的喷口宽度d＝5～300mm，两块导流板18与密封底板21之间的夹角α、β＝40°～90°，斜喷嘴19的两条边与密封底板21之间的夹角θ₁＝20°～90°，θ₂＝20°～160°。

图3所示为本发明的多喷口布风机构的技术方案之二。该方案设计的多喷口布风机构为八型喷嘴送风与V型导流室组合配置，主要由八型喷嘴23、V型导流室22、喷口20、密封底板21等组成。在环形密封底板21上沿环向设置多个喷口20，每个喷口20下面设置八型喷嘴23，每个喷口20与其上面设置的两块导流板18构成一个独立的V型导流室22，八型喷嘴23与V型导流室22一一对应，数量一致。稳压风室13的气流通过八型喷嘴23从喷口20喷入V型导流室22。喷口20的喷口宽度d＝5～300mm；两块导流板18与密封底板21之间的夹角α、β＝40°～90°，八型喷嘴23的两条边与密封底板21之间的夹角θ₁＝θ₂＝20°～90°。

图4为本发明的八个喷口布风机构的实施例1，图4所示为布风机构的俯视图。在外圆筒6与内圆筒7构成的环形空间底部设置布风机构，八个喷口20沿环形空间环向均匀设置，喷口20的形状呈条缝口型，每个喷口20对应地与独立的V型导流室连接。

图5为本发明的八个喷口布风机构的实施例2，在内圆筒7和外圆筒6之间设置的布风机构还配置了内锥体导流板24和外锥体导流板25，外锥体导流板25和内锥体导流板24之间的环形空间均匀地设置八个喷口20。

图6为图5中B-B剖面图。如图6所示，布风机构还包括在环形密封底板21上设置的外锥体导流板25和内锥体导流板24，外锥体导流板25和内锥体导流板24之间的环形空间被均匀的分成八个V型导流室22，外锥体导流板25与外圆筒6的夹角ψ₁＝0～35°、内锥体导流板24与内圆筒7的夹角ψ₂＝0～35°；在环形密封底板21上沿环向均匀设置八个喷口20；每个喷口20下面相应地设置独立的八型喷嘴23，每个喷口20上面相应地设置V型导流室22，八型喷嘴23配置喷嘴导流内锥体26和喷嘴导流外锥体27，喷嘴导流内锥体26与内圆筒7的夹角为0～35°，喷嘴导流外锥体27与外圆筒6的夹角为0～35°。

本发明中布风机构的喷口20不限于8个，可以为4～100个。