外循环式流化床换热器固体颗粒充分循环的方法与流程

本发明属于化工领域，具体的，属于化工换热设备长周期运行领域，涉及一种流化床换热器固体颗粒充分循环的方法，广泛应用于解决传统外循环式流化床换热器固体颗粒不能充分循环的问题。

背景技术：

换热器在石油、化工、能源等行业被广泛使用。然而随着使用时间增加，换热器内不可避免存在污垢粘附现象，从而导致换热器换热效率降低，阻力增加，影响换热器正常运行。

外循环式流化床换热器作为一种新型换热器，用以替换传统换热器，可以提高换热器换热效果，有效延长装置运行时间。

传统外循环式流化床换热器下降管和液固分离器一路管路阻力小，固体颗粒在下降管内被向上的液相托住，形成短路，造成固体颗粒无法充分循环，影响外循环式流化床换热器正常使用。固体颗粒能否充分循环也往往成为制约外循环式流化床换热器大规模应用的瓶颈。

文献us6350928公开了一种外循环式流化床换热器，文献us5676201公开了另一种外循环式流化床换热器。上述流化床换热器固体颗粒循环效果不佳，甚至不能正常运行。文献cn102921179公开了一种外循环式流化床换热器，该流化床换热器在下降管和水平管之间安装缩径喷嘴，利用缩径形成的负压促使固体颗粒循环，采用这种结构要求喷嘴设计和所使用工况严密契合，大多数情况下并不能实现固体颗粒充分循环，即便在十分有限的操作范围内固体颗粒可以循环，其循环效果也不佳。

开发一种外循环式流化床换热器固体颗粒充分循环的方法可以有效解决流化床换热器正常使用的瓶颈问题。

本发明提供一种流化床换热器固体颗粒充分循环的方法，通过引入三通阀a16、三通阀b17和加料罐2，利用三通阀a16、三通阀b17和阀ⅳ21的切换操作实现固体颗粒充分循环，有针对性的解决了上述问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中外循环式流化床换热器固体颗粒不能充分循环的问题，提供一种流化床换热器固体颗粒充分循环的方法。该方法用于外循环式流化床换热器，可以使流化床换热器正常使用，具有固体颗粒循环量大、循环操作稳定的优点。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：一种外循环式流化床换热器固体颗粒充分循环的方法，主要包括以下步骤：(a).固体颗粒通过加料口1加入到加料罐2中旋转托盘3上位置a4的转杯24中；位置a4下底淘空，阀ⅳ21打开，固体颗粒经过位置a4进入下降管15，沉积在下降管15和水平管7交汇处，阀ⅳ21关闭，三通阀a16切换至状态1，三通阀b17切换至状态3，在三通阀a16和三通阀b17间液相走主体管路23，开启液体循环泵13；(b).在液相推动下固体颗粒经过水平管7进入换热器8，从换热器8顶部出来后经过单向阀9进入液固分离器10，液相从颗粒滤板11上方溢出后进入液体储槽12，通过液体循环泵13回到水平管7；(c).不计量时，阀ⅰ18、阀ⅱ19关闭，阀ⅲ20打开，固体颗粒进入加料罐2中旋转托盘3上位置c6的转杯24中，三通阀a16切换至状态2，三通阀b17切换至状态4，在三通阀a16和三通阀b17间液相走旁路22，阀ⅳ21打开，旋转托盘3旋转一格，使位置c6旋转到位置a4处，位置a4旋转到位置b5处，位置b5旋转到位置c6处，原来位置c6处转杯24中的固体颗粒转到位置a4而下落，通过阀ⅳ21进入下降管15，沉积在下降管15和水平管7交汇处，阀ⅳ21关闭，三通阀a16切换至状态1，三通阀b17切换至状态3，在三通阀a16和三通阀b17间液相走主体管路23，在液相推动下固体颗粒循环回水平管7；(d).计量时，阀ⅰ18打开，阀ⅱ19、阀ⅲ20关闭，固体颗粒进入计量罐14，阀ⅰ18关闭，阀ⅱ20打开，固体颗粒进行计量，计量完成后阀ⅲ19打开，固体颗粒进入加料罐2中旋转托盘3上位置c6的转杯24中，阀ⅲ19关闭，三通阀a16切换至状态2，三通阀b17切换至状态4，在三通阀a16和三通阀b17间液相走旁路22，阀ⅳ21打开，旋转托盘3旋转一格，使位置c6旋转到位置a4处，位置a4旋转到位置b5处，位置b5旋转到位置c6处，原来位置c6处转杯24中的固体颗粒转到位置a4而下落，通过阀ⅳ21进入下降管15，沉积在下降管15和水平管7交汇处，阀21关闭，三通阀a16切换至状态1，三通阀b17切换至状态3，在三通阀a16和三通阀b17间液相走主体管路23，在液相推动下固体颗粒循环回水平管7；(e).重复步骤b到步骤d，完成固体颗粒充分循环。

上述技术方案中，沿着液相流向，所述三通阀a16安装在液体循环泵13之后，下降管15和水平管7交汇处之前；所述状态1时，液相走主体管路23，所述状态2时，液相走旁路22。

上述技术方案中，沿着液相流向，所述三通阀b17安装在下降管15和水平管7交汇处之后，换热器8进口之前，或者所述三通阀b17安装在计量罐14下方阀ⅳ20和阀ⅲ19之后，加料罐2之前；所述状态3时，液相走主体管路23，所述状态4时，液相走旁路22。

上述技术方案中，所述加料罐2为圆柱形罐体，颗粒下口为圆锥面，圆锥锥度范围为0.5～0.8。

上述技术方案中，所述旋转托盘3安装在加料罐2中圆柱部分；旋转托盘3为圆柱形托盘，上端开口，下底封闭，仅留出与所述转杯24同直径的小口；旋转托盘3直径同加料罐2圆柱筒体直径，高度为加料罐2圆柱筒体高度的0.4～0.6倍。

上述技术方案中，所述转杯24为圆柱体，上下端均开口，第一个转杯24对准旋转托盘3下底开口安装，其余转杯24以中心对称方式安装在旋转托盘3上，转杯24筒体直径根据旋转托盘3直径和转杯24数目以各转杯24截面相互相切的方式按照中心对称排布确定，转杯24高度同旋转托盘3高度，转杯24数目范围为3～8个。

上述技术方案中，所述计量罐14由透明材质制成，计量罐14内壁按照体积标有刻度。

上述技术方案中，所述阀ⅳ21距离下降管15和水平管7交汇处的距离大于等于100mm。

上述技术方案中，所述三通阀a16切换至状态2，三通阀b17切换至状态4，阀ⅳ21打开，旋转托盘3旋转一格，阀ⅳ21关闭，三通阀a16切换至状态1，三通阀b17切换至状态3为一次循环过程；每次循环过程的时间间隔范围为5秒到30秒。

上述技术方案中，所述固体颗粒为惰性颗粒，具体指堆密度大于液相密度，具有一定硬度和强度，且不与使用场合系统内介质发生反应的固体颗粒，优选硅酸锆珠、刚玉球、瓷球、氧化铝珠、玻璃珠、钢球、工程塑料、聚甲醛颗粒、聚四氟乙烯颗粒、小石子、切碎的金属丝、胶球中的一种或多种，更优选玻璃珠、氧化铝珠和硅酸锆珠。固体颗粒平均粒径为2mm～5mm，固体颗粒加入量范围为300克～1000克。

上述技术方案中，所述液相流体流速操作范围为1m/s～4m/s。

上述技术方案中，以稳定操作时单位时间内计量罐14中固体颗粒质量循环量来表征固体颗粒循环效果。计量罐14中固体颗粒质量循环量计算方式为：

固体颗粒质量循环量＝固体颗粒密度×计量罐刻度部分总体积×计量罐刻度读数/时间。

采用本发明的技术方案，通过采用一种流化床换热器固体颗粒充分循环的方法，主要包括以下步骤：(a).固体颗粒加入下降管15和水平管7交汇处，关闭阀ⅳ21，切换三通阀a16至状态1，切换三通阀b17至状态3；(b).固体颗粒经过水平管7、换热器8、液固分离器10后进入转杯24；(c).切换三通阀a16至状态2，切换三通阀b17至状态4，打开阀ⅳ21，旋转托盘3旋转一格，固体颗粒下落至下降管15和水平管7交汇处，重复上述步骤完成固体颗粒充分循环，取得了固体颗粒质量循环量442克/分钟的较好技术效果。

附图说明

图1为本发明所述流化床换热器固体颗粒充分循环的方法的流程示意图。

图2为本发明所述流化床换热器固体颗粒充分循环的方法的三通阀状态切换示意图。

图1中，1为加料口；2为加料罐；3为旋转托盘；4为位置a；5为位置b；6为位置c；7为水平管；8为换热器；9为单向阀；10为液固分离器；11为颗粒滤板；12为液体储槽；13为液体循环泵；14为计量罐；15为下降管；16为三通阀a；17为三通阀b；18为阀ⅰ；19为阀ⅱ；20为阀ⅲ；21为阀ⅳ；22为旁路；23为主体管路；24为转杯。加料口1连接位置a4上的转杯24，加料罐2连接下降管15，下降管15接入水平管7，水平管7和换热器8下端进口相连，换热器8出口连接液固分离器10，液固分离器10出来两路，一路液相经过颗粒滤板11后进入液体储槽12，由液体循环泵13循环回水平管7，液相带动固体颗粒经过三通阀a16和三通阀b17从主体管路23进入换热器8，或者液相经过三通阀a16和三通阀b17从旁路22进入换热器8；另一路固相进入下降管15后分开两路，一路经阀ⅰ18进入计量罐14，经阀ⅱ19回入下降管15，另一路经阀ⅲ20直接进入下降管15后进入位置c6上的转杯24。

图2中，16为三通阀a；17为三通阀b；22为旁路。当三通阀b17安装在下降管和水平管交汇处之后，换热器之前时，图2中a为三通阀a16切换至状态1，三通阀b17切换至状态3，液相走主体管路；图2中b为三通阀a16切换至状态2，三通阀b17切换至状态4，液相走旁路22。当三通阀b17安装在计量罐之后，加料罐之前时，图2中c为三通阀a16切换至状态1，三通阀b17切换至状态3，液相走主体管路；图2中d为三通阀a16切换至状态2，三通阀b17切换至状态4，液相走旁路22。

下面通过实施例和对比例对本发明作进一步阐述，但本发明的方法并不仅限于此。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明的方法。

【实施例1】

采用图1所示的流化床换热器固体颗粒充分循环的方法，应用于某外循环式流化床换热器。该流化床换热器内设123根换热列管，每根管长1000mm，管径为φ22×1.5mm，管子呈正三角形排列。水平管管径50mm，下降管管径25mm。三通阀b安装在下降管和水平管交汇处之后，换热器之前。固体颗粒采用平均粒径2mm的玻璃珠，加入量为300克。液相为水，流速为1m/s。加料罐圆锥锥度0.5。旋转托盘高度为加料罐圆柱筒体高度的0.4倍。旋转托盘内中心对称排布转杯3个。阀21距离下降管和水平管交汇处的距离为100mm。每次循环过程间隔5秒。该条件下，稳定运行后，固体颗粒质量循环量为357克/分钟。

【实施例2～11】

采用图1所示的流化床换热器固体颗粒充分循环的方法，应用于某外循环式流化床换热器。该流化床换热器内设123根换热列管，每根管长1000mm，管径为φ22×1.5mm，管子呈正三角形排列。水平管管径50mm，下降管管径25mm。三通阀b安装在下降管和水平管交汇处之后，换热器之前。液相为水。改变固体颗粒类型(pt)、固体颗粒平均粒径(ps)、固体颗粒加入量(pm)、液相流速(lv)、加料罐圆锥锥度(td)、旋转托盘高度和加料罐圆柱筒体高度之比(hr)、旋转托盘内中心对称排布的转杯数(cn)、阀21距离下降管和水平管交汇处的距离(h)、每次循环过程时间间隔(ti)。稳定运行后，计量固体颗粒质量循环量(pmc)。其结果列于表1。

【实施例12～22】

采用图1所示的流化床换热器固体颗粒充分循环的方法，应用于某外循环式流化床换热器。该流化床换热器内设123根换热列管，每根管长1000mm，管径为φ22×1.5mm，管子呈正三角形排列。水平管管径50mm，下降管管径25mm。三通阀b安装在计量罐下方阀20和阀19之后，加料罐之前。液相为水。改变固体颗粒类型(pt)、固体颗粒平均粒径(ps)、固体颗粒加入量(pm)、液相流速(lv)、加料罐圆锥锥度(td)、旋转托盘高度和加料罐圆柱筒体高度之比(hr)、旋转托盘内中心对称排布的转杯数(cn)、阀21距离下降管和水平管交汇处的距离(h)、每次循环过程时间间隔(ti)。稳定运行后，计量固体颗粒质量循环量(pmc)。其结果列于表1。

【对比例1】

采用图1所示的流化床换热器固体颗粒充分循环的方法，应用于某外循环式流化床换热器。该流化床换热器内设123根换热列管，每根管长1000mm，管径为φ22×1.5mm，管子呈正三角形排列。水平管管径50mm，下降管管径25mm。三通阀b安装在下降管和水平管交汇处之后，换热器之前。不安装三通阀a，在原三通阀a位置安装三通。固体颗粒采用平均粒径2mm的玻璃珠，加入量为300克。液相为水，流速为1m/s。加料罐圆锥锥度0.5。旋转托盘高度为加料罐圆柱筒体高度的0.4倍。旋转托盘内中心对称排布转杯3个。阀21距离下降管和水平管交汇处的距离为100mm。该条件下，固体颗粒不能循环。

【对比例2】

采用图1所示的流化床换热器固体颗粒充分循环的方法，应用于某外循环式流化床换热器。该流化床换热器内设123根换热列管，每根管长1000mm，管径为φ22×1.5mm，管子呈正三角形排列。水平管管径50mm，下降管管径25mm。三通阀b安装在计量罐下方阀20和阀19之后，加料罐之前。不安装三通阀a，在原三通阀a位置安装三通。固体颗粒采用平均粒径2mm的玻璃珠，加入量为300克。液相为水，流速为1m/s。加料罐圆锥锥度0.5。旋转托盘高度为加料罐圆柱筒体高度的0.4倍。旋转托盘内中心对称排布转杯3个。阀21距离下降管和水平管交汇处的距离为100mm。该条件下，固体颗粒不能循环。

【对比例3】

采用图1所示的流化床换热器固体颗粒充分循环的方法，应用于某外循环式流化床换热器。该流化床换热器内设123根换热列管，每根管长1000mm，管径为φ22×1.5mm，管子呈正三角形排列。水平管管径50mm，下降管管径25mm。安装三通阀a，不安装三通阀b。在下降管和水平管交汇处之后，换热器之前安装三通连接旁路。固体颗粒采用平均粒径2mm的玻璃珠，加入量为300克。液相为水，流速为1m/s。加料罐圆锥锥度0.5。旋转托盘高度为加料罐圆柱筒体高度的0.4倍。旋转托盘内中心对称排布转杯3个。阀21距离下降管和水平管交汇处的距离为100mm。该条件下，固体颗粒不能循环。

【对比例4】

采用图1所示的流化床换热器固体颗粒充分循环的方法，应用于某外循环式流化床换热器。该流化床换热器内设123根换热列管，每根管长1000mm，管径为φ22×1.5mm，管子呈正三角形排列。水平管管径50mm，下降管管径25mm。安装三通阀a，不安装三通阀b，在计量罐下方阀20和阀19之后，加料罐之前安装三通连接旁路。固体颗粒采用平均粒径2mm的玻璃珠，加入量为300克。液相为水，流速为1m/s。加料罐圆锥锥度0.5。旋转托盘高度为加料罐圆柱筒体高度的0.4倍。旋转托盘内中心对称排布转杯3个。阀21距离下降管和水平管交汇处的距离为100mm。该条件下，固体颗粒不能循环。

【对比例5～10】

采用图1所示的流化床换热器固体颗粒充分循环的方法，应用于某外循环式流化床换热器。该流化床换热器内设123根换热列管，每根管长1000mm，管径为φ22×1.5mm，管子呈正三角形排列。水平管管径50mm，下降管管径25mm。不安装三通阀a，不安装三通阀b，不设置旁路。在下降管和水平管间安装沿液相流动方向缩径的喷嘴。改变缩径喷嘴大小口径比和缩径喷嘴安装位置。固体颗粒采用平均粒径2mm的玻璃珠，加入量为300克。液相为水，流速为1m/s。加料罐圆锥锥度0.5。旋转托盘高度为加料罐圆柱筒体高度的0.4倍。旋转托盘内中心对称排布转杯3个。阀21距离下降管和水平管交汇处的距离为100mm。稳定运行后，计量固体颗粒质量循环量。其结果列于表2。

【对比例11】

采用图1所示的流化床换热器固体颗粒充分循环的方法，应用于某外循环式流化床换热器。该流化床换热器内设123根换热列管，每根管长1000mm，管径为φ22×1.5mm，管子呈正三角形排列。水平管管径50mm，下降管管径25mm。不安装三通阀a，不安装三通阀b，不设置旁路。固体颗粒采用平均粒径2mm的玻璃珠，加入量为300克。液相为水，流速为1m/s。加料罐圆锥锥度0.5。旋转托盘高度为加料罐圆柱筒体高度的0.4倍。旋转托盘内中心对称排布转杯3个。阀21距离下降管和水平管交汇处的距离为100mm。该条件下，固体颗粒不能循环。

表1

表2