CN1103478A - 处理热气体的方法及装置 - Google Patents

Abstract

在循环流化床反应器中处理在高温生产过程中 产生的热废气的方法和装置，该反应器(10)包括一个 混合室(12)，一个粒子分离器(16)和一个将循环物质 从粒子分离器返送到混合室的返回管道(18)，返回管 道的返回开口(24)应安装成使通过该开口进入混合 室的固体流基本被导向下方。热废气的入口(22)应 被安装成使热废气基本被向上地引入到混合室中，从 而使固体流与气体流相接触。

Description

本发明涉及的是在循环流化床反应器中处理热废气的方法和装置，这些废热气是高温过程中产生的，该反应器包括：

-混合室，热废气在该室中与构成循环物质的固体混合，从而形成气体悬浮物;

-把固体与处理过的废气分开的粒子分离器;

-将热废气送入混合室的供气设备;

-装在混合室顶部、并与该室相连的立管或管道，它将气体悬浮物从混合室引导到粒子分离器;

-把处理过的废气从粒子分离器中除去的气体出口;

-把粒子分离器中分离出的固体返送到混合室中的固体返回管道。

循环流化床反应器主要适于将含有熔化和/或气化组份和/或象柏油式的粒子的热气体进行冷却。

所以，循环床气体冷却器适于干燥纯化含有粉尘和柏油或其他由于生物物质的部分氧化（泥煤或煤）产生的可冷凝组份的气体。通过将大体积流量的固体从粒子分离器返流到返流管中可以快速地使送入混合室的气体冷却到一个低的温度水平，在这种低温下有害气体或液体组份得到冷凝，而柏油物质变成干燥的固体物质。此后可以很容易地将固体与冷气体分开。

循环流化床气体冷却器也可用于化工生产中，例如在预热或预先还原铁精矿的过程中，因此，用铁融化后的热废气首先使精矿在流化床中预热和预先还原。当较佳的还原温度为800-950℃时，就必须把调节循环物质温度的冷却面在循环物质反应器中建立从而保持该温度。铁精矿的预热和还原通常冷却是不够的、必要的冷却表面通常是以对流热表面形式设置在位于混合室上方的立管或管道中。

在上述流化床气体冷却器中，混合室是称作喷射床式的流化室，即具有射流的流化床，在该床中热废气也起到流化气体的作用。

在已知的方案中，流化室也就是混合室，它通常由向上变宽的圆锥形的下部，同心相连接的圆筒形中部和一个向上变窄的圆锥形的上部构成，该上部与中部同心相连接。通常为圆形的热废气入口同心地连到圆锥下部的底上。因而将流化反应器的立管同心地连到圆锥形上部。

流化气体的喷射造成流化床中的部份粒子向上流入混合室中，继而又流向锥形室的周边。然而，固体粒子朝着该室的周边方向减慢速度，甚至粒子开始沿着向下的方向移动。向下移动的固体物质粒子引向混合室圆锥底部的气体入口，在此处，流过入口的热气体夹带着颗粒并将颗粒又送到混合室的上部。所以，在混合室内就形成了象喷射一样的固体流。一部分固体粒子连续从流化室上部流出而进入立管，再从立管到粒子分离器。如果需要，可以把固体直接送入混合室或从混合室中除去。

在循环流化床反应器中，将循环物质的返回管道从下部连到混合室的侧壁上，例如连到圆筒形中间部分的侧壁上。所以，从返回管道到混合室的循环物质首先沿着混合室的壁向下流动，然后逐渐与热气体混合，最后从混合室的中部向上流到有热气喷咀的立管中。

为了迅速将气体入口或文丘里管喷出的热气体流冷下来，以便将气化和熔化的组份固化成固体粒子。同时为了将气体射流的动量减到最小，以便防止加热表面上的腐蚀和堵塞。通常，混合室中的固体的量足以满足该合理的快速要求，但在很多情况下的确也会出现一些问题。

例如，当喷射床式的流化室中的气流增加时，沿着圆锥壁向下流动的固体物质粒子中，有部分被推向旁边而不能进入气体射流以至于不能与气体射流混合。所以在气体入口上方直接形成了低固体密度的区域。当气体速度进一步增加时，该低固体密度区域甚至会深入到混合室中。所以，在整个混合室中都会形成气体悬浮的射流，这样，气体基本上未被冷却就直接流到立管中。

在悬浮气体射流很强的循环流化床反应器中，基于上述理由在立管第一部位中的冷却表面上探测到存在摩损现象。并认为摩损是由于热气体的射流引起的，这种射流造成冷却表面未被冷却。摩损的部分原因是气体温度造成的，还有部分原因是高的气体流速造成的。

由于该影响冷却表面的射流，都会造成表面的堵塞和积碳问题。如果热气体到达冷却表面时还未被冷下来，则杂质就在到达这些表面前冷凝不下来，而不是所要求的那样仅是循环物质粒子。

本发明的目的是提供一种改进了的通过一个循环流化床反应器处理热废气的方法和装置，这些热废气是在高温生产过程中产生的。具体地说，所提供的改进的方法和装置可以克服上述缺陷。

另外，本发明的目的是让气体悬浮物和固体材料粒子在流化床反应器中进行改进了的横向混合，该流化床是用于处理热废气的。

完成本发明上述目的的本发明方法特征在于在循环流化床反应器中，

-将至少一部分返回混合室的固体引向该室作为引向下方的固体流，和

-把热废气引入混合室，该热废气作为基本上引向上方并指向固体的气流，从而使固体流和气流接触。

完成本发明上述目的的本发明装置的特征在于在循环流化床反应器中，

-把返回管道从混合室的下部连到该混合室的顶部，混合室中装有返回开口，它把固体返送到混合室中，和

-在混合室的低部装有热气体入口，它基本垂直地设置在混合室顶部中的固体返回开口之下。

把循环流化床反应器的循环固体流直接返送到气体入口的上方，例如送到文丘里管上方，则可以最大范围地应用固体的最小的动量作用。

根据本发明，例如可以把固体返回系统和气体入口自然垂直地叠置安装，使返回系统不完全处于混合室的中间。

众所周知，在喷床式流化室中，流形取决于床的数量，床的材料和气体流速。最近的一个意外发现是流形可以受到混合室入口和返回管道开口的设置的影响，这样在热气体进入混合室就直接碰到一小部分容积的冷却的循环材料。由此，循环材料对热气流进行干扰，从而防止热气射流直接流过混合室到达立管中的冷却表面上。

另一种影响混合室中流形的方法是把混合室气体入口和返回管道的固体返回开口设置成使彼此之间有一合适的距离，从而气流和循环材料流接触并按所要求的方式进行混合。通过设置一些合适的入口，并使它们彼此间留有间隙，就可以把混合室内的流动和冷却调节到合适的程度。

最好气体入口和返回管道开口为同心对置以至使气流和固体流作为同心流进行接触。由此，固体流有效地降低了气流的动量，使气流得到了冷却并扰乱了气流，使得在混合室的基本上整个横截面上都散布着气流。

本发明的解决方案可以使混合室中的气流速度降减，从而防止气体在仍然热着的时候与冷却表面接触。本发明可以让气流在混合室的中间部分中有更长的停留时间，使气体和循环材料之间的传热或其他反应得到增强。

在本发明的较佳实施例中，混合室的底部和顶部基本为平行地倾斜。热废气的入口置于倾斜底部的下部，而返回管置于倾斜顶部的下部。所以，导致热气体和循环物质有效地在混合室的下部进行混合，并作为气体悬浮物以一个角度从该下部流到混合室的上部。这样，使气流在从混合室上部流到立管之前被强制改变其方向。这便于气流减速，并改善了气体和固体的混合和冷却。

本发明的方法和装置以简便的方式防止了气体的热核心气流未与固体混合就深深地渗透到混合室中，由此就可以防止或大大减少热的未纯化气体对立管中的对流表面的不良作用。

同时，当混合室下部中装有气体和循环物质的入口设备时，加强了在混合室中的湍流，使整个混合室的气体分布更佳，由此混合室中的气体和固体间的接触更好，这在铁精矿还原期间是很理想的。

通常，在气流中的固体材料分布越均匀，气体托起该固体材料的能力就越大。本发明可以使固体的分布更均匀，这样，相同的气体量就可以相应地将更多的固体托到立管中，增加立管中的固体密度对立管的热表面的传热效果很好。

本发明方法和装置对于反应器的横向混合有积极的效果，这对大型设备尤其有利，在这些设备中，横向混合的距离较大。

下面将结合附图详细描述本发明，其中

图1是本发明在循环流化床反应器中的装置的图解;

图2是本发明在另一个循环流化床反应器中的装置的图解;和

图3是本发明在第三个循环流化床反应器中的装置的图解。

图1所示的循环流化床反应器10有一个混合室12，一个立管14，一个粒子分离器16和一个返回管道18。废气入口或文丘里管22置于混合室倾斜底部20的下部。

将返回管道18置于混合室顶部19中，从而将其开向混合室的下部，这样就使固体返回开口24置于文丘里管22的顶上，文丘里管和返回开口基本同心。由此，返回流动有效地减少了流入混合室的热废气的动量并冷却了气体。新形成的被部分冷却的气体悬浮物流入混合室上部并到达立管。

在图1的气体冷却器中，粒子分离器是垂直旋风分离器。在形成气体冷却器的壳体构件26内提供一个分隔壁28就构成了旋风分离器，该壁28既把旋风分离器16与立管14分开，又将返回管道18与混合室12分开。

冷却器的壳件构件26和分隔壁28是由弯曲并连接在一起的冷却水管板构成。旋风分离器是由在反应器壁30上部和在反应器内形成的分隔壁28上部之间的延长室构成的，分离器有几个相邻的将固体和气体分开的气体旋涡体。将纯化了的气体通过出口32从反应器中除去。返回管道18由在壁30下部和分隔壁28的下部之间的窄缝构成。

立管有粒子分离器前面的用于冷却气体悬浮物的冷却表面34。

流化床反应器，例如它的混合室，可以有在图中未示出的固体输入和输出管道，例如用于把精矿送入和排出反应器。如果需要，也可将输入和输出管路装在固体循环的其他位置。

图1所示冷却结构的优点包括：

-由于文丘里22和返回管道18的返回开口24的相互位置关系，所以气体冷却过程既快又可靠;

-文丘里管和返回管道的返回开口设在混合室的下部有效地防止了立管冷却表面上的腐蚀/堵塞;

-在负载突然变化的情况下该冷却机构具有适应性;

-由于粒子分离器和返回管道用了反应器的壳体的壁，所以它们在结构上更具优点;

-大设备的除锈比较容易。

图2所示的冷却器构造除了粒子分离器16为水平旋风分离器之外均与图1的构造类似。通过用一块分隔壁把水平旋风分离器及返回管道18与反应器分开而构成水平旋风分离器和返回管道18。

图3为循环床反应器下部的第三实施例，该图表示气体冷却器的方案，在该方案中，由水平管板制成的窄长的返回管道18装在窄长冷却反应器壳体26的中部，而且它与壳体26平行。因此，矩形截面的入口22，即形成窄缝式开口的入口22装在与它相平行的窄长混合室的底部20的中部。返回开口24和气体入口22设置成一个在另一上顶上。气体悬浮物从混合室里向上流入主管36和38中，它们形成在返回管道两侧的两股悬浮物气流。

在图3的技术方案中，把两个气体冷却器边靠边地连接在一起。这两个冷却器共用一个壁40。

Claims (12)

1、一种在循环流化床反应器中处理热废气的方法，这些热废气是在高温生产过程中产生的，该反应器包括：

-混合室，热废气在该室中与构成循环物质的固体混合，从而形成气体悬浮物；

-把固体与处理过的废气分开的粒子分离器；

-将热废气送入混合室的供气设备；

-装在混合室顶部、并与该室相连的立管或管道，它将气体悬浮物从混合室引到粒子分离器；

-把处理过的废气从粒子分离器中除去的气体出口；

-把粒子分离器中分离过的固体返送到混合室中的固体返回管道，其特征在于：

-将至少一部分返回混合室的固体引向该室作为引向下方的固体流，和

-把热废气引入混合室，该热废气作为引向上方并引向固体流的气流，从而使固体流和气流接触。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于气体悬浮物在立管中受到冷却。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于将求自例如冶炼厂的热废气进行冷却，使熔化和/或气化了的组分在流化床反应器中冷凝。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，处理热废气是为了将该废气中夹带的固体粒子与气体分开。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于热废气流和返回固体流作为基本同心流被引起相互接触。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于例如精矿的固体材料在流化床反应器中用热废气处理。

7、一种在循环流化床反应器（10）中处理热废气的装置，这些热废气是在高温生产过程中产生的，该反应器包括：

-混合室（12），热废气在该室中与构成循环物质的固体混合，从而形成气体悬浮物;

-把固体与处理过的废气分开的粒子分离器（16）;

-将热废气送入混合室的供气设备（22）;

-装在混合室顶部、并与该室相连的立管（14）或管道，它将气体悬浮物从混合室引到粒子分离器;

-把处理过的废气从粒子分离器中除去的气体出口（32）;

-把粒子分离器中分离过的固体返送到混合室中的固体返回管道（18），

其特征在于在循环流化床反应器中，

-把返回管道（18）的下部连到该混合室的顶部（19），在该管道（18）上装有返回开口（24），它把固体返送到混合室中，和

-在混合室的底部（20）装有热气体入口（22），它基本垂直地位于混合室顶部（19）中的固体返回开口之下。

8、根据权利要求7所述的装置，其特征在于粒子分离器（16）是旋风分离器。

9、根据权利要求7所述的装置，其特征在于用一块装在流化床反应器中的分隔壁（28）将粒子分离器（16）及返回管道（18）与混合室及主管分隔开

10、根据权利要求9所述的装置，其特征在于返回管道（18）为窄缝形。

11、根据权利要求9所述的装置，其特征在于混合室（12）具有基本上相互平行的倾斜底（20）和顶部（19），热废气的入口（22）装在倾斜底（20）的下部，而返回管道与倾斜顶部（19）的下部相连。

12、根据权利要求7所述的装置，其特征在于主管（14）具有热交换器（34）。

Images