气固流化床煅烧反应器的制作方法

本实用新型涉及流化床煅烧设备
技术领域：
，更具体地，涉及一种气固流化床煅烧反应器。
背景技术：
：煅烧过程广泛的应用于固体的热分解、晶型转变等过程。近年来，气固流化床煅烧装置因气固接触充分、气固传热效率高、加热均匀等优点，而逐渐取代传统的静态煅烧炉，在化学工业和矿业中得到广泛应用。目前工业上应用的流化床煅烧装置主要有普通流化床、多层或多室流化床以及循环流化床等。普通流化床即单层或单室流化床，固体在流态化的状态下通过气体加热而实现热分解，如专利WO9712188(A1)公开的一种的石灰石的煅烧炉。该流化床煅烧炉床层接近全混流，传质传热的推动力低，停留时间的分布宽泛，反应转化率较低。多层流化床或多室流化床，实际上流化床的一种级联形式。通过级联可有效利用传质传热推动力，延长平均停留时间，提高反应转化率。如中国实用新型专利CNI04833208A公布了一种阶梯状级联的多室流化床焙烧炉。但是多层或多室流化床反应器中颗粒的时空分布仍然比较宽泛，层间或室间返混通常比较严重。增加颗粒在流化床中的停留时间、提高反应深度的另一方式是采用循环流化床。这种装置通常由流化床、分离装置、下降管构成。颗粒在流化床中被气流流化和提升，在床层出口经过旋风分离器与气体分离，分离后的颗粒送入与流化床相连的下降管，而后又循环至流化床中，如此循环反应，直至达到反应需要的转化率，通过控制颗粒在床层和下降管中的循环时间，可以控制平均停留时间分布。如中国实用新型专利CN1884049A公开了一种利用循环流化床焙烧硫铁矿制备二氧化硫的方法。但这种反应器的缺陷是下降段没有气体输送热量，因此在此段的反应效率很低，反应器空间没有被有效利用，而且空气一次通过，热量没有充分利用。技术实现要素：有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种能够使固体颗粒实现宏观的定向流动和微观的强烈湍动的气固流化床煅烧反应器。本实用新型的另一目的在于提供一种传热、传质性能好，固体颗粒时空分布均匀，停留时间长，固体颗粒热分解反应高效、能耗低的气固流化床煅烧反应器。根据本实用新型提供的气固流化床煅烧反应器，包括外壳，以及设于所述外壳内的导流筒，所述外壳上设有主进气口、出气口、进料口和排料结构，其中，所述主进气口位于所述导流筒的下部，用于向所述导流筒内输送高温气体，所述出气口位于所述外壳的上部，用于排出烟气，所述进料口和排料结构分别位于所述导流筒外周侧，所述进料口用于提供待煅烧物料，所述排料结构用于收集并排出煅烧废料，所述导流筒的两端分别与外壳内壁间隔一定距离，所述导流筒、导流筒与所述外壳内壁之间的空间形成煅烧反应的循环通道，待煅烧物料自所述进料口进入所述外壳内，高温气体自所述主进气口进入所述导流筒，并带动所述待煅烧物料在所述循环通道内循环煅烧反应。优选地，所述外壳包括反应段，以及位于所述反应段上端的分离段，所述反应段用于循环煅烧反应的进行，所述分离段用于煅烧废料与烟气的分离。优选地，所述反应段为筒状，其高径比为6:1～12:1。优选地，反应段与导流筒围成的环隙宽度之比为1.2:1～0.5:1。优选地，所述分离段包括位于其下端的锥筒部，所述分离段经所述锥筒部与所述外壳的上端连接。优选地，所述排料结构包括排料口以及与所述排料口连通的排料槽，其中，所述排料口设于所述外壳的外壁上，用于排出煅烧废料，所述排料槽设于所述外壳内壁上，用于收集煅烧废料并输送到所述排料口。优选地，所述导流筒包括沿着其轴向设置的至少一个导流段，所述导流筒内的高温气体与煅烧物料的混合气经相邻的导流段之间进入导流筒与外壳内壁之间的空间，形成多级高温气体循环。优选地，各个所述导流段的高度和直径之比为3:1～8:1。优选地，所述外壳的下端设有与所述主进气口连通的主分布器，所述主分布器位于所述导流筒的下部，高温气体经所述主进气口进入所述主分布器，并经所述主分布器进入所述导流筒。优选地，所述主分布器为筛盘式分布器。优选地，所述主分布器直径与导流筒直径之比为1.5:1～0.5:1。优选地，还包括级间进气口以及与所述级间进气口连通的级间分布器，所述级间分布器设于相邻的导流段之间，高温气体经所述级间分布器进入相应的导流段。优选地，所述级间分布器为环式分布器。优选地，所述级间分布器直径与导流筒直径之比为0.8:1～0.2:1。优选地，所述导流筒的下端设有锥形扩大段，所述锥形扩大段覆盖所述主分布器，用于收集来自主分布器的高温气体。优选地，所述锥形扩大段锥度为1:1～1:4。优选地，所述锥形扩大段底部开口直径与导流筒直径之比为1.5～1:1。优选地，还包括高位料槽，所述高位料槽与所述进料口连接，用于将待煅烧物料输送进所述外壳。优选地，在所述外壳的底壁上设有辅助换热装置。本实用新型实现的有益效果：该气固流化床煅烧反应器使固体颗粒实现了宏观的定向流动和微观的强烈湍动，传热、传质性能好，固体颗粒时空分布均匀，停留时间长，固体颗粒热分解反应高效、能耗低。和传统的循环流化床煅烧装置相比，本实用新型的内循环流化床循环速率快，下降段仍位于反应器内部，反应仍在进行，且同时实现了级联，有效利用了传质传热推动力。附图说明通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。图1示出了根据本实用新型实施例的气固流化床煅烧反应器的结构示意图。图2-3分别示出了根据本实用新型实施例的两种不同实施方式的导流筒的结构示意图。图4示出了根据本实用新型实施例的气固流化床煅烧反应器的工作状态图。图中：主进气口11、出气口12、进料口13、排料结构14、排料口141、排料槽142、反应段15、分离段16、锥筒部161、导流筒2、锥形扩大段21、第一导流段22、第二导流段23、第三导流段24、间隙25、筛孔26、主分布器3、级间分布器4、进气管5。具体实施方式以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。图1示出了根据本实用新型实施例的气固流化床煅烧反应器的结构示意图。如图1所示，该气固流化床煅烧反应器，包括外壳，以及设于所述外壳内的导流筒2。所述外壳上设有主进气口11、出气口12、进料口13和排料结构14。其中，所述主进气口11位于所述导流筒2的下部，并与所述导流筒2连通，用于向所述导流筒2内输送高温气体。所述出气口12位于所述外壳的上部，用于排出烟气。所述进料口13和排料结构14分别位于所述导流筒2外周侧，所述进料口13用于提供待煅烧物料，所述煅烧物料为颗粒状，甚至粉末状，能够在高温气体的带动下流动。所述排料结构14用于收集并排出煅烧废料。所述煅烧废料指的是煅烧充分，密度降低到一定程度的废料。所述导流筒2的两端分别与外壳内壁间隔一定距离，所述导流筒2、导流筒2与所述外壳内壁之间的空间形成煅烧反应的循环通道，粉状待煅烧物料自所述进料口13进入所述外壳内，高温气体自所述主进气口11进入所述导流筒2，并带动所述待煅烧物料在所述循环通道内循环煅烧反应。进一步的，所述外壳包括反应段15，以及位于所述反应段15上端的分离段16，所述反应段15用于循环煅烧反应的进行，所述分离段16用于煅烧废料与烟气的分离。在该实施例中，所述反应段15和分离段16分别为圆筒状，所述分离段16的直径大于外壳的直径。所述反应段15为筒状，其高径比为6:1～12:1，并且反应段15与导流筒2围成的环隙宽度之比为2:1～0.5:1，优选为1.2:1～0.5:1。所述煅烧废料指的是煅烧充分，密度降低到一定程度的废料，该废料可随烟气进入所述分离段16，与烟气分离后，经所述排料结构14排出。作为优选地，所述分离段16包括位于其下端的锥筒部161，所述分离段16经所述锥筒部161与所述外壳的上端连接。由于所述分离段16的直径大于所述反应段15的直径，烟气夹带废料在此处进行扩散，并落到所述锥筒部161，经锥筒部161滑进排料结构14，并最终排出，分离后的烟气经所述排气口排出。作为优选地，还包括旋风分离器(图中未示)，所述旋风分离器与所述出气口12连接，能够使得煅烧物料与烟气进行快速高效的分离。所述排料结构14包括排料口141以及与所述排料口141连通的排料槽142。其中，所述排料口141设于所述外壳的外壁上，用于排出煅烧废料；所述排料槽142设于所述外壳内壁上，用于收集煅烧废料并输送到所述排料口141。所述导流筒2包括沿着其轴向设置的至少一个导流段，所述导流筒2内的高温气体与煅烧物料的混合气经相邻的导流段之间进入导流筒2与外壳内壁之间的空间，形成多级高温气体循环，能够对物料充分煅烧。所述导流筒2的下端设有锥形扩大段21，所述锥形扩大段21覆盖所述主分布器3，用于收集来自主分布器3的高温气体。优选地，所述锥形扩大段21的锥度为1:1～1:4，底部开口直径与导流筒2直径之比为1.5～1:1。图2-3分别示出了根据本实用新型实施例的两种不同实施方式的导流筒2的结构示意图。在两种实施方式中，所述导流段的个数均为三个，包括自下而上一次设置的第一导流段22、第二导流段23和第三导流段24。所不同的是，在图2所示的实施方式中，所述导流筒2为分体式结构，图2所示的实施方式中为整体式结构。所述导流筒2为分体式结构，即相邻的导流段之间间隔一定距离设置。其中，所述第一导流段22和第二导流段23之间，以及第二导流段23与第三导流段24之间分别形成空隙，少量气体可从所述间隙25流出，但这些气体上升的阻力大，速度小，不足以阻止颗粒的向下流动。在图3所示的实施例中，所述导流筒2为整体形成，沿着其轴向方向自下而上依次设置第一筛孔26组和第二筛孔26组，两个筛孔26组分别作为不同导流段之间的分段界限。所述筛孔26组的可经钻孔等方式获得。所述第一至第二筛孔26组环绕所述导流筒2的周向设置。同样的，少量气体可从两个所述筛孔26组流出，但这些气体上升的阻力大，速度小，不足以阻止颗粒的向下流动。各个所述导流段的高度和直径之比优选为3:1～8:1。所述导流段的具体个数不限于三个，也可为有一个、两个或者四个，甚至更多个，其具体个数根据需要来设定。所述外壳的下端设有与所述主进气口11连通的主分布器3，所述主分布器3位于所述导流筒2的下部，高温气体经所述主进气口11进入所述主分布器3，并经所述主分布器3进入所述导流筒2。所述主分布器3直径与导流筒2直径之比优选为1.5:1～0.5:1。所述主分布器3具体可选为筛孔盘式分布器或环式分布器。其中从主分布器3进入的高温气体量不低于气体总量的50％。进一步的，该气固流化床煅烧反应器还包括级间进气口以及与所述级间进气口连通的级间分布器4，所述级间分布器4设于相邻的导流段之间。具体的，级间分布器4上连接有进气管5，所述进气管5延伸到外壳外部，高温气体经各自的进气管5进入级间分布器4，并经所述级间分布器4进入相应的导流段。所述级间分布器4直径与导流筒2直径之比优选为0.8:1～0.2:1。所述级间分布器4具体可选为环式分布器。进一步的，该气固流化床煅烧反应器还包括高位料槽(图中未示)，所述高位料槽与所述进料口13连接，用于将待煅烧物料输送进所述外壳，并且在所述外壳的底壁上设有辅助换热装置。图4示出了根据本实用新型实施例的气固流化床煅烧反应器的工作状态图。参考图4，下面就本实用新型中的气固流化床煅烧反应器的使用通过实施例1-5做详细介绍。实施例1:两段内循环气固流化床煅烧反应器具体结构参数如下：该实施例中，导流筒2分为二个导流段，反应段15内径125mm，高度750mm，分离段16内径175mm，高度250mm；导流筒2直径62mm，分两段，自上而下第1段高350mm，第2段高280mm，采取多筒排列的方式，两筒间空隙40mm，导流筒2下开口直径80mm，锥度1:2；导流筒2距离外壳底部30mm。主分布器3为筛盘式分布器，直径为80mm；级间分布器4为环式分布器，直径40mm。以碳酸钙(平均粒径10微米)为模型固体颗粒，测定出起始流化气速(标况)0.054m/s；在空床气速为0.2m/s，导流筒2内固体颗粒的表观上述速率为1.2m/s，下降段表观下沉速率为0.4m/s。实施例2:三段内循环流化床煅烧反应器具体结构参数如下：反应段15内径125mm，高度950mm，分离段16内径175mm，高度220mm；导流筒2直径56mm，分3段，第1段高320mm，第2段高280mm，第3段高260mm，采取段间开孔的方式，两段间开孔总面积均为16cm2，两段开孔所占总高为50mm；导流筒2下开口直径80mm，锥度1:2。导流筒2距离外壳底部30mm。主分布器3为筛盘式分布器，直径为80mm；级间分布器4为环式分布器，直径35mm。以碳酸钙(平均粒径10微米)为模型固体颗粒，在空床气速为0.2m/s，导流筒2内固体颗粒的表观上述速率为1.4m/s，下降段表观下沉速率为0.5m/s。实施例3:煅烧一水合氯化镁制备碱式氯化镁Mg(OH)Cl采用实施例1中的煅烧反应器，高温气体为热空气，温度为340℃，MgCl2·H2O采用MgCl2·6H2O事先制备(结晶水质量分数为19.2％)，通过高位料槽持续加入反应器；反应器常压操作，总通气量(标况)为1800L/h，其中70％的气体从底部的主分布器3通入，其余从1个级间分布器4通入。反应器内平均床层密度为580kg/m3；进料速率为8kg/h。操作达到稳态时，反应器第一段的平均温度274℃，第2段的平均温度276℃；所得产品中碱式氯化镁的质量分数为78％。实施例4：煅烧一水合氯化镁制备氧化镁采用实施例2中的反应器，高温气体为热空气，温度为500℃，MgCl2·H20采用MgCl2·6H20事先制备(结晶水质量分数为19.2％)，通过高位料槽持续加入反应器；反应器常压操作，总通气量(标况)为1400L/h，其中62％的气体从底部的主分布器3通入，20％的气体从第1个级间分布器4通入，其余从第2个级间分布器4通入，反应器内平均床层密度为595kg/m3；进料速率为8.2kg/h。反应器第一段(下)的平均温度420℃，反应器第2段(中)的平均温度412℃；反应器第二段(上)的平均温度413℃；所得产品分布如下表1所示。表1煅烧产品分布组分MgOMg(OH)ClMgCl2H2O质量分数(％)6421114实施例5：煅烧碳酸氢钠制备碳酸钠采用实施例1中的反应器，高温气体为热空气，温度为340℃；原理碳酸氢钠(含有质量分数12％的水)通过高位料槽持续加入反应器；煅烧反应器常压操作，总通气量(标况)为1200L/h，其中70％的气体从底部的主分布器3通入，其余从1个级间分布器4通入。反应器内平均床层密度为420kg/m3；进料速率为5.4kg/h。操作达到稳态时，反应器第1段(下)的平均温度284℃，反应器第2段的平均温度286℃；所得产品中碳酸钠的质量分数为94％。多个级间分布器4与主分布器3的配合使用，高温气体分别通入，多个导流段的设置，反应混合气体不断从筛孔26或者相邻导流段之间的间隙25排出，再次循环，形成了一种多级内循环气固流化床煅烧反应器。该气固流化床煅烧反应器使固体颗粒实现了宏观的定向流动和微观的强烈湍动，传热、传质性能好，固体颗粒时空分布均匀，停留时间长，固体颗粒热分解反应高效、能耗低。和传统的循环流化床煅烧装置相比，本实用新型的内循环流化床循环速率快，下降段仍位于反应器内部，反应仍在进行，且同时实现了级联，有效利用了传质传热推动力。应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。当前第1页1 2 3