一种半锥形下降段循环流化床的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及循环流化床装置，尤其涉及一种下降段底部为半锥形的循环流化床。
【背景技术】
[0002]循环流化床广泛应用于石油、化工、冶金、能源、环保等工业领域中的气相加工和固相加工过程。循环流化床一般由依次连接的提升段、气固分离器、下降段(也称伴床)、颗粒循环控制设备组成。循环流化床稳定运行时，提升段内颗粒在上行气体作用下处于快速流化状态，颗粒被上行气体夹带进入气固分离器，经分离后颗粒相进入下降段并在重力作用下向下运动，后经下降段底部颗粒循环控制设备进入提升段完成循环，气相从气固分离器排出后放空或经压缩后循环使用。
[0003]如何快速、稳定地建立颗粒循环是循环流化床平稳运行的关键。通常情况下，首先在下降段预填足以形成料封的物料量，再由提升段底部通入循环气并调节颗粒循环控制装置，从而快速建立循环。对于大型循环流化床锅炉而言，在进行锅炉停炉检修时，需要将炉内物料放空，待检修后重新装填物料进行启动，这一过程耗时较长，并消耗大量人力、物力，推迟了机组启动时间，增加了企业运营成本。专利CN104728835A提供了一种大型循环流化床锅炉外置床空床启动技术，在启动过程中逐步向锅炉添加床料，通过物料外循环逐步建立外置床床料，直至锅炉循环物料正常为止。这一技术缩短了机组启动时间，减少启动用油，并能防止锅炉结焦。此外，对于某些化学反应过程，例如烯烃聚合多区反应过程，在启动建立循环过程时，为避免下降段移热困难形成结块、过渡料多等问题同样保证下降段为空床，通过聚合反应生成的颗粒以及物料外循环逐步建立下降段料位直至建立颗粒循环。
[0004]然而在生产过程中发现，在外置床空床启动过程中，循环流化床内的气固两相流动异常复杂，较难实现稳定操作。以循环流化床烯烃聚合反应器为例，在工业装置开车过程中，颗粒循环建立耗时四五个小时至十几个小时不等。专利CN103776741A采用声波、静电及压差检测手段对颗粒循环建立过程进行检测，检测结果发现在建立颗粒循环过程中下降段颗粒流型会出现移动床流化床交替的不稳定现象。究其原因发现，下降段内聚合物颗粒以移动床状态向提升段转移时，容易在下降段底部形成气栓，进而引发节涌等不稳定流化现象。节涌的出现一方面使得下降段颗粒被向上推动，若再次形成料封则需要一段时间用于颗粒回落，使得颗粒循环建立时间加长；另一方面造成下降段内大量颗粒被夹带进入循环气管路，极易导致循环管路中换热器的堵塞，严重影响了工业装置的长周期稳定运行。已知该聚合反应器所生产的聚合物颗粒粒径较大，属于Geldart D类颗粒，在该类颗粒的流化床内气泡直径可达到床径尺寸，因此无法通过简单增加下降段管径来消除节涌现象。因此，亟需探索一种新型循环流化床装置，以减弱甚至消除节涌对颗粒循环建立过程的影响。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有循环流化床在建立颗粒循环过程中由于出现节涌而引起的不稳定特征，提供一种下降段底部为半锥形的循环流化床，该装置可以减弱乃至消除下降段节涌，缩短循环建立时间、降低下降段颗粒夹带。
[0006]本发明的半锥形下降段循环流化床，包括依次连接的提升段、旋风分离段、下降段、颗粒循环段，所述下降段底部为半锥形。
[0007]所述下降段底部的半锥形呈下窄上宽，上下宽度之比η满足l〈n〈20，进一步优选为2 ?10。
[0008]所述下降段底部的半锥形呈轴向非对称分布。
[0009]所述下降段底部的半锥形高度a与下降段整体高度L之比为0.01?I，进一步优选为0.1?0.5。
[0010]所述下降段底部的半锥形锥角为1°?(90°— α)，其中α为颗粒内摩擦角，进一步优选为30° ?(90° — α)。
[0011]所述下降段底部的半锥形起始位置距下降段底部距离为O?(L_a)，a为半锥形高度，进一步优选为O?0.1L。
[0012]与现有具有轴对称下降段的循环流化床对比，可知下降段出现大量窜气时，上升气流在背离锥角的一侧形成气泡，并推动该侧颗粒向上运动。该侧颗粒在上升过程中逐渐向另一侧运动，并在下降段半锥形内形成颗粒内循环，而未形成剧烈的节涌流化。由此可知，半锥形下降段减弱了节涌对下降段颗粒不稳定流动的影响，并减弱了下降段颗粒夹带。另一方面，下降段出现窜气时，呈内循环的颗粒相未被夹带至下降段上部，从而能更快地再次形成料封，缩短处于不稳定状态的时间、加快颗粒循环的建立。
【附图说明】
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[0013]图1是本发明一种半锥形下降段循环流化床装置示意图；其中，I为提升段，2为旋风分离段，3为半锥形下降段，4为颗粒循环段;L为下降段高度，a为半锥形高度，b为半锥形上段宽度，α为半锥角。
[0014]图2是实施例1中一种半锥形下降段循环流化床装置示意图；其中，I为提升段，2为旋风分离段，3为半锥形下降段，4为颗粒循环段;L为下降段高度，a为半锥形高度，b为半锥形上段宽度，α为半锥角，c为半锥形起始位置距下降段底部距离。
[0015]图3是实施例2中下降段呈轴对称分布的循环流化床。
[0016]图4(a)、(b)是本发明中半锥形下降段出现大量窜气时气相(a)和颗粒相(b)速度矢量图。
[0017]图5是本发明中半锥形下降段颗粒相浓度随时间的变化。
[0018]图6是对比实施例中下降段中颗粒浓度随时间的变化。
具体实施例:
[0019]实施例1:
[0020]如图1所示，本发明的一种半锥形下降段循环流化床，包括提升段1、旋风分离段2、半锥形下降段3、颗粒循环段4。实施例1中优选的半锥形结构满足以下条件:半锥形呈下窄上宽结构、上下宽度之比为4，半锥形高度b与下降段高度L之比为0.2，半锥形锥角α为50°，半锥形底部起始位置距下降段底部距离为O。提升段底部循环气表观气速为7.86m/s。
[0021 ]图4(a)、(b)为该实施例下降段处于大量窜气状态下气相、颗粒相速度矢量图。由图4(a)可知，下降段窜气集中在背离锥角的一侧向上运行，并推动该侧颗粒向上运动，如图4(b)所示。图4(b)同时表明，该侧颗粒在上升过程中逐渐向另一侧运动，并在锥角一侧向下运动，从而在下降段的半锥形内形成颗粒内循环，由此减弱了节涌对下降段颗粒不稳定流动的影响，进而减弱下降段颗粒夹带。图5为半锥形下降段颗粒浓度分布随时间的变化，由图可知下降段处于窜气状态时，颗粒主要集中在底部，而未被夹带至下降段上部，从而更快地再次形成料封(2.4s)，缩短处于不稳定状态的时间，加快颗粒循环建立时间。
[0022]本发明中的半锥形下降段循环流化床结构示意图也可如图2所示，即下降段底部的半锥形起始位置距下降段底部距离c不为O。
[0023]实施例2(对比实施例):
[0024]如图2所示，下降段呈轴对称分布的循环流化床，包括提升段1、旋风分离段2、下降段3、颗粒循环段4。提升段底部表观气速为7.86m/s。图6为该实施例下降段处于大量窜气状态下颗粒相浓度分布随时间的变化。由图6可知，下降段窜气在底部形成气栓，进而使得下降段颗粒相形成节涌流化状态，下降段颗粒相在节涌气栓的推动下向上推进，一方面加剧下降段颗粒相夹带；另一方面使得下降段颗粒再次形成料封时间加长，此时下降段再次形成移动床的耗时为4.5s，较半锥形下降段形成移动床耗时增加近一倍，因而此时颗粒循环处于不稳定状态的时间加长，不利于颗粒循环的建立。
【主权项】
1.一种半锥形下降段循环流化床，其特征在于，包括依次连接的提升段、旋风分离段、下降段、颗粒循环段，所述下降段底部为半锥形。2.根据权利要求1所述的一种半锥形下降段循环流化床，其特征在于，所述的下降段底部的半锥形呈下窄上宽结构，上下宽度之比η满足l〈n〈20。3.根据权利要求2所述的一种半锥形下降段循环流化床，其特征在于，所述的下降段底部的半锥形上下宽度之比η满足2〈n〈10。4.根据权利要求1所述的一种半锥形下降段循环流化床，其特征在于，所述的下降段底部的半锥形呈轴向非对称分布。5.根据权利要求1所述的一种半锥形下降段循环流化床，其特征在于，所述的下降段底部的半锥形高度a与下降段整体高度L之比为0.0l?I。6.根据权利要求5所述的一种半锥形下降段循环流化床，其特征在于所述的下降段底部的半锥形高度a与下降段整体高度L之比为0.1?0.5。7.根据权利要求1所述的一种半锥形下降段循环流化床，其特征在于，所述的下降段底部的半锥形锥角为1°?(90° — α)，其中α为颗粒内摩擦角。8.根据权利要求7所述的一种半锥形下降段循环流化床，其特征在于，所述的下降段底部的半锥形锥角为30°?(90° — α)，其中α为颗粒内摩擦角。9.根据权利要求1所述的一种半锥形下降段循环流化床，其特征在于，所述的下降段底部的半锥形起始位置距下降段底部距离为O?(L_a)，a为半锥形高度，L为下降段高度。10.根据权利要求9所述的一种半锥形下降段循环流化床，其特征在于，所述的下降段底部的半锥形起始位置距下降段底部距离c为O?0.1L，L为下降段高度。
【专利摘要】本发明公开了一种半锥形下降段循环流化床，下降段底部为半锥形，下窄上宽且呈非轴对称分布。锥度一侧锥角大于0°小于颗粒流动安息角的余角，从而保障颗粒顺畅流动。在该循环流化床进行非预填料建立颗粒循环过程中，当下降段处于窜气状态时，下降段颗粒能够在半锥形内形成颗粒内循环，削弱节涌流化的强度，从而进一步降低下降段节涌所引起的压力波动以及颗粒跑损。同时，半锥形内的颗粒内循环能够使得颗粒相集中于下降段底部，从而更快地形成料封、形成移动床，进而缩短颗粒循环建立时间。
【IPC分类】F23C10/00, B01J8/24
【公开号】CN105617953
【申请号】CN201610013410
【发明人】黄正梁, 訾灿, 廖祖维, 王靖岱, 蒋斌波, 阳永荣, 葛世轶, 陈美 , 王浩同, 周冰洁, 范小强, 沈旻, 张擎, 杨遥, 何乐路, 胡东芳, 时强, 柳莺
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年1月8日