专利名称：一种固体颗粒流动管线锁气排料非机械装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种固体颗粒流动管线上具有锁气和排料双重功能的非机 械装置，属于能源和化工及其相关领域流化床装置中立管、斜管输送固体物料 技术领域，尤其适用于石油催化裂化、煤燃烧和气化等涉及高温、高压固体颗 粒返料、固体颗粒在循环、输送管线以及反应、再生提升管中的循环与控制过 程。
背景技术：
散状固体物料的输送及控制涉及到能源、环境、石油、化工、冶金、煤炭、电力、轻工、医药和食品等诸多过程工业。以煤燃烧或气化和石油化工行业等能源及其相关领域广为应用的旋风分离器为例，为了保证系统的正常循环，旋风分离器捕获的固体颗粒需要经料腿和循环管线返回到流化床或反应器、燃烧炉)。这一过程既要将旋风分离器分离下来的固体物料顺畅地沿一定方向送回流化床，更要防止流化床内气体和固体颗粒倒窜进入旋风分离器。如果发生窜气、窜料现象，轻则影响循环倍率的提高，重则严重破坏旋风分离器正常操作，使固体回收率大大降低。对固体颗粒的输送和控制并不仅仅局限于旋风分离器料腿的返料，还适用于其它固体颗粒输送管线。以石油催化裂化为例，催化剂需要在提升管反应器、再生器之间输送，也需要在再生器两个密相床之间输送，这一过程不但要保证固体颗粒的顺畅流动、颗粒流量的自由调节，更要严格禁止气体、催化剂的反窜。若形成在反应器、再生器之间气体、催化剂的反窜，将有可能引发灾难性后果。另外，在输送过程中对催化剂流量进行调节也是除操作条件控制外，流化床变负荷运行的一种有效调解手段。一般固体物料的输送和控制装置可分为机械阀和非机械阀两大类。机械阀靠机械构件动作来达到控制和调节固体颗粒流量的目的，如^t阀、闸阀、翼阀、 滑阀和塞阀等。不论是煤燃烧或气化的循环飞灰或焦炭/半焦，还是石油催化裂化的固体催化剂，通常温度较高，因此，才/u^阀的使用通常会带来一系列问题， 如机械装置在高温下会产生膨胀和高温氧化；运动部件极易进入固体颗粒， 从而产生堵塞、失灵等现象，难以实现更换、长周期运行的目的；此外，由于 固体颗粒的运动，在高温状态下工作部件的磨损也相当严重。为了避免这些缺 陷，机械阀往往需要配备一系列复杂而昂贵的机构，如阀板的特殊设计、特殊 处理、阀杆设置反吹风等。因此，适用于固体物料输送和控制装置的机械阀往 往结构复杂、投资巨大。而且，有一些问题是机械阀难以解决的，如不能避 免气体的倒窜、无法根据料腿内料位高度而实时调节颗粒流量等。 非机械阀依其功能分为两大类，第一类为可控阀，包括L型阀、J型阀和V型 阀，这种阀不^5l可以将颗粒输送到主床层、关闭和开启颗粒流，还能通过调节 气体流量产生不同的阻力，来调节颗粒流的流量。第二类为流通阀，主要形式 有密封输送阀、流动密封阀等。这种阀主要是经过一个压力屏障，将固体颗粒 从低压输送到高压处，而对固体颗粒流量的调解作用很小。与机械阀相比较， 非机械阀具有以下优点(l)结构简单，内构件少，因此制造方便、成本相对 较低；(2)不存在高温变形、磨损等问题，因此也不需要一系列辅助机构，可 在高温、高压环境下长期工作；(3)自平衡调节，可根据固体颗粒流动管线内 料位高度自动调节颗粒流量，以保证固体颗粒的顺畅流动和装置的平稳运行； (4)锁气功能，气体反窜的几率极小。目前工业上常用的非机械阀由输送管、进气口和排料口三部分组成，主要 包括L型阀、J型阀和V型阀，其中最常用的为V型岡。以煤燃烧或气化等能 源及其相关领域广为应用的循环流化床为例，V型阀的主要结构为在旋风分离 器料腿末端设置一个回料控制器，也称为V型阀，其外形为长方体，控制器内 设置有一块隔板，隔板与两侧壁与顶面密封，隔板下部与布风板之间留有一定 空隙，以供固体颗粒通过。隔板两侧分别为回料段和松动段，分别通入回料风
和松动风，固体颗粒由料腿落入松动段，然后由隔板下空隙间流入回料段，在回料风的作用下流入下灰管。专利ZL03221013. 2对传统的控制器结构进行了改 进，将固体颗粒流动管线伸入松动段内，使料腿出口低于松动段内物料堆积顶 点，以此来防止气体反窜入料腿。另外，控制器底部布风板上设置有风帽，其 中回料风侧为导向风帽，其气体出口朝向出料方向，以帮助固体颗粒能够顺利 回料。但是，这种结构没有为松动风设计排出口，极易造成松动段的憋压，造 成料腿排料不畅。专利ZL96242310. 6在隔板上开了一个导流孔，使松动段床层 上方的气体能够排入回料段，同时在松动段加设了气流导向板，使气体更易于 由小孔排出。然而，这一方法并不是根本的解决方案，只能部分緩解憋压现象。 传统的回料控制器中松动段为移动床，排料段为流化床，移动床和流化床的床 截面积相等，固体颗粒以移动床的形式进入排料段，需要移动较长的一段距离， 因而阻力较大，极易发生固体颗粒的堵塞、沉积。为了减少固体颗粒流动的阻 力，ZL200410061100. 1减小了松动段移动床的相对面积，并将松动段与隔板相 对的壁面由垂直改为向隔板方向倾斜，使其更利于颗粒向回料，险移动。由以上分析可见，目前所使用的V型阀存在以下问题(1)固体颗粒经V 型阀进入排料管需多次改变流动方向，流动阻力很大；(2)在V型阀内固体颗 粒由松动段进入排料段是以移动床的形式运动，阻力很大；(3)结构仍较为复 杂，操作不便、投资较大；(4)由于反应器流化床与料腿间存在较高的压差， 为了平衡压差，需要在料腿内维持较高的料面，而V型阀的加入相当于人为加 入了一个较大的阻力，为克服阻力，料腿内要维持更高的料位，对于那些料腿 本来就较短的循环系统如循环流化床锅炉，为满足压力平衡，固体颗粒料位极 易上升到旋风分离器灰斗，使旋风分离器效率大大降低；(5)固体颗粒流入反 应器流化床是依靠在料腿内维持一定料位来提供推动力的，目前所广泛使用的V
型阀必须设置在距反应器流化床返料口 一定高度处，相当于人为降低了颗粒流 动的推动力，从而导致固体颗粒流动不畅、颗粒易堵塞、循环倍率难以维持设 计水平。实际上，以上问题就是造成目前循环流化床锅炉循环倍率低、排料 易堵塞、易结焦的主要原因。在石油化工行业也往往用到非机械阀。专利ZL92232392.5介绍了 一种料腿 脱气式锥形排料阀，该结构在料腿出口处设置了一种排料锥斗，这种结构能够 减少窜气量、封料能力强，但是锥形排料岡必须要设置一个气体分布板，通入 流化风，流化风的存在必然会干扰料腿内催化剂的流动，并降低旋风分离器的 分离效率。另外，这种结构只适合于内置式旋风分离器、料腿插入流化床层内 的情况。专利ZL90225729.3气控式圆周形锥阀排料结构，即在料腿出口设置一 个倒置的圆台，圆台底部与料腿出口有一定的空隙，料腿的催化剂经过空隙进 入圓台，并从圆台顶部溢流出去。这种结构也是适用于料腿直接插入流化床层 内的情况。发明内容本发明的主要目的在于提供一种新型固体颗粒流动管线锁气排料非机械装 置，使得在保证固体颗粒沿预定方向顺畅流动、防止倒流，达到锁气、灵活调 节固体颗粒流量的前提下，并能够大大降低固体颗粒流动的阻力、简化排料装 置的结构、降低投资。本发明的另 一主要目的在于提供一种新的排料方案，使得固体颗粒循环所需 的推动力能够在一定范围内大大增加，从而显著提高固体颗粒的循环倍率。本发明的目的通过下列途径实现本发明所介绍的一种固体颗粒流动管线锁气排料非机械装置，其特征在于 至少包括进料管l、松动风2、输送风3、回料管4、固体颗粒流动管线5;进料管1与固体颗粒流动管线5连接，排料装置的回料管与反应器壁连接，装置上 设置有多个松动风口 2，锁气排料装置拐弯处设置有输送风3。根据权利要求1所述的一种固体颗粒流动管线锁气排料非机械装置，其特 征在于所述的锁气排料装置由进料管l和回料管4按角度a焊接而成，其中 进料管1与固体颗粒流动管线5连接，回料管4与反应器器壁连接。根据权利要求1和2所迷的一种固体颗粒流动管线锁气排料非机械装置， 其特征在于所述的进料管1上设置有多个松动风口；松动风管2-1和进料管1 轴线的夹角6为10~90°, +〉动风管2-2和回料管4轴线的夹角of为10-90。。根据权利要求1和2所述的一种固体颗粒流动管线锁气排料非机械装置， 其特征在于所述的锁气排料装置，由进料管1和回料管4焊接而成，连接角 度a为30 ~ 150。。根据权利要求1所述的一种固体颗粒流动管线锁气排料非机械装置，其特 征在于所述的进料管1和回料管4连接处设置有输送风管3，输送风管3中心 线与回料管4中心线的延长线重合；输送风管3可与进料管1管壁齐平，也可 伸入进料管1内，深入长度不得超过进料管1管径的2倍。根据权利要求1所述的一种固体颗粒流动管线锁气排料非机械装置，其特 征在于所述的进料管1与水平面的夹角为20~80。。根据权利要求1所述的一种固体颗粒流动管线锁气排料非机械装置，其特 征在于所述的回料管4的长度c为0-3m。根据权利要求1所述的一种固体颗粒流动管线锁气排料非机械装置，其特 征在于所述的固体颗粒流动管线可以是旋风分离器料腿、用于固体颗粒流动、 输送的管线。
本发明比现有技术有着明显的优点和有益的效果本发明提出的锁气排料装置，具有(l)结构简单，没有内构件，制造方便、 成本低；(2)不存在高温变形、磨损等问题，不需要一系列辅助机构，可在高 温、高压环境下长期工作；(3)自平衡调节，可才艮据固体颗粒流动管线内料位 高度自动、实时调节颗粒流量，以保证固体颗粒的顺畅流动和生产装置的安全、 平稳、长周期运行；(4)锁气功能，气体反窜的几率为零；(5)可最大P艮度的 增加固体颗粒流动管线的高度差，提供更大的循环推动力和循环倍率(6)便 于安装和更换，可以在4企修过程中就地制造和安装。
图1是新型锁气排料装置的结构示意图，锁气排料装置的进料管1与固体 颗粒流动管线5相连接，进料管l上设置有多个松动风口 2-1,其作用是为了保 证固体颗粒沿流动管线能顺畅下流。流动管线中的固体颗粒经由进料管l进入， 当到达进料管底部后在输送风的推动下，沿回料管4进入反应器流化床。
具体实施方式
以下结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明 实施实例1:图1是按照本发明的实施实例1示意图，包括进料管1、松动风2、输送风 3、回料管4、固体颗粒流动管线5。参见图1,锁气排料装置进料管1与固体颗粒流动管线5相连接，进料管1 上设置有多个松动风口 2-1，其作用是为了保证固体颗粒沿固体颗粒流动管线5 能顺畅下流。固体颗粒流动管线5中的固体颗粒经由进料管1进入，当到达进 料管1底部后在输送风3的推动下，沿回料管4进入反应器流化床。实施实例1 的特点为固体颗粒流动管线5为垂直布置，进料管1和回料管4为倾斜布置。
在输送风流量不变的情况下，锁气排料装置可实现固体颗粒流量的自动、实时调节，从而实现反应器流化床和固体颗粒流动管线5内压差的自动平衡。固体 颗粒流动的推动力是依靠固体颗粒流动管线5内维持一定的料位来实现的，当 反应器流化床内压力增加，则固体颗粒流动的阻力增加，固体颗粒流量减小， 固体颗粒流动管线5内料位上升，推动力增加，当阻力和推动力达到平衡后， 固体颗粒流动管线5内料位达到平衡位置。本专利介绍的锁气排料装置还具有 锁气功能，当反应器流化床内压力较大、锁气装置内颗粒无法流入反应器流化 床时，颗粒就会堆积在来料管与回料管连接处，防止气体、颗粒的反窜。造成 这一现象的原因是来料管3与回料管4之间具有一个夹角，保证颗粒在不流动 时能够休止在来料管与回料管连接处，将管线堵塞，从而起到密封作用。当固 体颗粒流动管线5内颗粒的料位足够高时，料位产生的压力大于反应器流化床 内压力，固体颗粒又自动开始向反应器流化床内流动。因此，本发明介绍的锁 气排料装置具有极佳的锁气功能。另外，与目前广泛采用的V型阀相比，本发 明所介绍的锁气排料装置还能提供更大的循环推动力。V型阀的回料管必须倾 斜向下设置，因此，V型阀必须安装在反应器流化床返料口以上一定高度处， 这就使得V型阀上部的固体颗粒流动管线5的高度差较小，当需要增大推动力 以提高循环倍率时，必须顾忌到固体颗粒料位可能没入灰斗的问题，这就大大 限制了推动力增加的幅度，从而也大大限制了固体颗粒循环倍率的增加。而采 用本发明介绍的锁气排料装置则不存在这个问题。首先，锁气功能的阻力降远 小于V型阀，其次，锁气排料装置是安装在反应器流化床返料口以下位置的， 固体颗粒流动管线5高度差不但没有缩短，反而有所增加，因此，在增加循环 倍率时几乎可以不考虑推动力增加所引起的料位上升问题。最后，锁气排料装 置还具有非机械阀的功能调节流量，当输送风较小时，输送风起到输送固体
颗粒的作用，当输送风大于某个临界值后，就会使固体颗粒流动阻力增加、起 到阻碍固体颗粒流动的功能，因此，通过调节输送风流量，就可以调节固体颗 粒的流量。实施实例2:图2是按照本发明的实施实例2示意图，包括进料管1 、松动风2、输送风 3、回料管4、固体颗粒流动管线5。.参见图2，锁气排料装置进料管1与固体颗粒流动管线5相连接，进料管1 上设置有多个松动风口 2-1,其作用是为了保证固体颗粒沿固体颗粒流动管线5 能顺畅下流。固体颗粒流动管线5中的固体颗粒经由进料管1进入，当到达进 料管1底部后在输送风3的推动下，沿回料管4进入反应器流化床。实施实例2 的特点为固体颗粒流动管线5和进料管1为垂直布置，回料管4为倾斜布置。 由于固体颗粒来料管和进料管1为垂直布置，因此松动点的布置可与实施实例1 不同，夹角"和长度c的设置也发生相应变化。实施实例2的工作原理与实施 实例1相同在输送风流量不变的情况下，锁气排料装置可实现固体颗粒流量 的自动、实时调节，从而实现反应器流化床和固体颗粒流动管线5内压差的自 动平衡。本专利介绍的锁气排料装置还具有锁气功能，当反应器流化床内压力 较大、锁气装置内颗粒无法流入反应器流化床时，颗粒就会堆积在来料管3与 回料管4连接处，防止气体、颗粒的反窜。造成这一现象的原因是来料管3与 回料管4之间具有一个夹角，保证颗粒在不流动时能够休止在来料管3与回料 管4连接处，将管线堵塞，从而起到密封作用。当固体颗粒流动管线5内颗粒 的料位足够高时，料位产生的压力大于反应器流化床内压力，固体颗粒又自动 开始向反应器流化床内流动。因此，本发明介绍的锁气排料装置具有极佳的锁 气功能。另外，与目前广泛采用的V型阀相比，本发明所介绍的锁气排料装置
还能提供更大的循环推动力。V型阀的回料管必须倾斜向下设置，因此，V型 阀必须安装在反应器流化床返料口以上一定高度处，这就4吏得V型阀上部的固 体颗粒流动管线5的高度差较小，当需要增大推动力以提高循环倍率时，必须 顾忌到固体颗粒料位可能没入灰斗的问题，这就大大限制了推动力增加的幅度， 从而也大大限制了固体颗粒循环倍率的增加。而采用本发明介绍的锁气排料装 置则不存在这个问题。首先，锁气功能的阻力降远小于V型阀，其次，锁气排 料装置是安装在反应器流化床返料口以下位置的，固体颗粒流动管线5高度差 不但没有缩短，反而有所增加，因此，在增加循环倍率时几乎可以不考虑推动 力增加所引起的料位上升问题。最后，锁气排料装置还具有非机械阀的功能 调节流量，当输送风较小时，输送风起到输送固体颗粒的作用，当输送风大于 某个临界值后，就会使固体颗粒流动阻力增加、起到阻碍固体颗粒流动的功能， 因此，通过调节输送风流量，就可以调节固体颗粒的流量。 实施实例3:图3是按照本发明的实施实例3示意图，包括进料管l、松动风2、输送风 3、回料管4、固体颗粒流动管线5参见图3，锁气排料装置进料管1与固体颗粒流动管线5相连接，进料管1 上设置有多个+〉动风口 2，其作用是为了保证固体颗粒沿固体颗粒流动管线5能 顺畅下流。固体颗粒流动管线5中的固体颗粒经由进料管1进入，当到达进料 管1底部后在输送风3的推动下，沿回料管4进入反应器流化床。实施实例3 的特点为固体颗粒流动管线5、进料管l和回料管4均为倾斜布置。因此松动 点的布置、夹角"和长度c的设置与实施实例1、 2均不相同。实施实例3的工 作原理与实施实例l、 2相同在输送风流量不变的情况下，锁气排料装置可实 现固体颗粒流量的自动、实时调节，从而实现反应器流化床和固体颗粒流动管
线5内压差的自动平衡。本专利介绍的锁气排料装置还具有锁气功能，当反应 器流化床内压力较大、锁气装置内颗粒无法流入反应器流化床时，颗粒就会堆 积在来料管3与回料管4连接处，防止气体、颗粒的反窜。造成这一现象的原 因是来料管3与回料管4之间具有一个夹角，保证颗粒在不流动时能够休止在 来料管3与回料管4连接处，将管线堵塞，从而起到密封作用。当固体颗粒流 动管线5内颗粒的料位足够高时，料位产生的压力大于反应器流化床内压力， 固体颗粒又自动开始向反应器流化床内流动。因此，本发明介绍的锁气排料装 置具有极佳的锁气功能。另外，与目前广泛采用的V型阀相比，本发明所介绍 的锁气排料装置还能提供更大的循环推动力。V型阀的回料管必须倾斜向下设 置，因此，V型阀必须安装在反应器流化床返料口以上一定高度处，这就使得V 型阀上部的固体颗粒流动管线5的高度差较小，当需要增大推动力以提高循环 倍率时，必须顾忌到固体颗粒料位可能没入灰斗的问题，这就大大限制了推动 力增加的幅度，从而也大大限制了固体颗粒循环倍率的增加。而采用本发明介 绍的锁气排料装置则不存在这个问题。首先，锁气功能的阻力降远小于V型阀， 其次，锁气排料装置是安装在反应器流化床返料口以下位置的，固体颗粒流动 管线5高度差不但没有缩短，反而有所增加，因此，在增加循环倍率时几乎可 以不考虑推动力增加所引起的料位上升问题。最后，锁气排料装置还具有非机 械阀的功能调节流量，当输送风较小时，输送风起到输送固体颗粒的作用， 当输送风大于某个临界值后，就会使固体颗粒流动阻力增加、起到阻碍固体颗 粒流动的功能，因此，通过调节输送风流量，就可以调节固体颗粒的流量。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述 的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详 细的说明，但是，本领域的技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或
者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应 涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求1、一种固体颗粒流动管线锁气排料非机械装置，其特征在于至少包括进料管1、松动风2、输送风3、回料管4、固体颗粒流动管线5；进料管1与固体颗粒流动管线5连接，排料装置的回料管4与反应器壁连接，装置上设置有多个松动风口2，锁气排料装置拐弯处设置有输送风3。
2、 根据权利要求1所述的一种固体颗粒流动管线锁气排料非机械装置，其特 征在于所述的锁气排料装置由进料管l和回料管4按角度a焊接而成， 其中进料管1与固体颗粒流动管线5连接，回料管4与反应器器壁连接。
3、 根据权利要求1和2所述的一种固体颗粒流动管线锁气排料非机械装置， 其特征在于所述的进料管1上设置有多个松动风口；松动风管2-l和进 料管1轴线的夹角6为10~90°，松动风管2-2和回料管4轴线的夹角d 为10~90。。
4、 根据权利要求1和2所述的一种固体颗粒流动管线锁气排料非机械装置， 其特征在于所述的锁气排料装置，由进料管1和回料管4焊接而成，连 接角度"为30~150°。
5、 根据权利要求1所述的一种固体颗粒流动管线锁气排料非机械装置，其特 征在于所述的进料管1和回料管4连接处设置有输送风管3,输送风管3 中心线与回料管4中心线的延长线重合；输送风管3可与进料管1管壁齐 平，也可伸入进料管1内，深入长度不得超过进料管1管径的2倍。
6、 根据权利要求1所述的一种固体颗粒流动管线锁气排料非机械装置，其特 征在于所述的进料管1与水平面的夹角为20~80°。
7、 根据权利要求l所述的一种固体颗粒流动管线锁气排料非机械装置，其特 征在于所述的回料管4的长度c为0-3m。
8、 根据权利要求l所述的一种固体颗粒流动管线锁气排料非机械装置，其特 征在于所述的固体颗粒流动管线可以是旋风分离器料腿、用于固体颗粒 流动、输送的管线。
专利摘要一种新型高效的固体颗粒流动管线锁气排料非机械装置，至少包括进料管1、松动风2、输送风3、回料管4、固体颗粒流动管线5；其中进料管1与固体颗粒流动管线5相接，进料管1与回料管4按角度α焊接而成，回料管4与反应器器壁连接。进料管1与回料管4上设有多个松动风口2，进料管1和回料管4连接处设置有输送风管3。锁气排料装置具有以下几个重要功能(1)调节固体颗粒流量；(2)锁气、锁料功能；(3)固体颗粒流量的实时自平衡调节。(4)提供更大的循环推动力。通过该装置的使用，可保证固体颗粒在固体颗粒流动管线内顺畅流动，可实现固体颗粒大循环倍率的循环操作，操作灵活弹性大，可广泛应用于石油化工、电力、环境、生物等领域。
文档编号B65G53/58GK201023984SQ200720000878
公开日2008年2月20日 申请日期2007年1月18日 优先权日2007年1月18日
发明者刘梦溪, 卢春喜, 锴 张, 王祝安 申请人:中国石油大学(北京)