一种流化床的制作方法

本发明涉及流化床燃烧技术领域，尤其涉及一种流化床。

背景技术

磷酸在国民经济中占有重要地位，是生产磷肥和磷酸盐的中间原料。磷酸及其下游产品广泛应用于化工、农业、医药、食品、电子等领域。

目前，国内外磷酸工业生产方法分为湿法和热法两种工艺路线。湿法磷酸是通过无机酸(主要是硫酸、盐酸)分解磷矿制得磷酸。湿法磷酸不仅要求磷矿石的品位高、质量好，而且该法制得的磷酸杂质含量较高，磷酸浓度低。当前世界范围内的磷矿资源正在逐步贫化，同时硫酸资源也日益紧缺，磷矿与硫酸的价格攀升，加之该法酸解后要排除大量磷石膏，因此，采用湿法生产磷酸的许多工厂也日益艰难。热法磷酸是以电热法生产的黄磷为原料，经燃烧制得五氧化二磷，五氧化二磷经水合后制得磷酸。热法磷酸纯度高，但是由于电热法生产黄磷能耗极高，因此产品的成本较高。

利用流态化技术的流化床生产五氧化二磷具有传热和传质效率高，床层温度趋于均匀，能够防止局部过热，操作较稳定等特点，目前已经作为一门基础技术，广泛用于化工、冶金、能源、环保等各个领域。

中国专利cn103506056b公开了一种无筛板的流化床及三氯化硼的制备方法，具体包括：床体；载体气体源，从床体的下部朝床体的上部向床体提供载体气体；反应气体提供装置，向床体提供反应气体；原料供给装置，向床体提供粉体原料；加热装置，对床体进行加热；排渣口，将床体内的反应生成的反应渣排出；分离装置，连接于床体将床体反应后的物质进行分离，以获得最终产品；其中，所述分离装置包括：气固分离装置，用于使床体反应后的物质中的气态物质和固态物质分离；气气分离装置，用于使床体反应后的物质中的多种气态物质分离；以及冷凝装置，通过冷凝获得所述最终产品。还包括载体气体引导件，用于对载体气体源供给到床体的载体气体进行引导，并且载体气体引导件带有向床体渐缩的斜部。载体气体源的载体气体进入到载体气体引导件的载体气体入口的方向相对载体气体引导件的连接载体气体入口的位置处的内壁倾斜。上述专利公开了采用与内壁倾斜设置的载体气体引导件用于将气体引入反应炉，但是上述专利的载体气体引导件是伸入炉内设置的。在用于生产五氧化二磷过程的高温条件下(1350～1400℃)，伸入炉内的烧嘴极易将对面烧嘴烧坏，从而减小了设备的使用寿命。并且，伸入炉内的烧嘴会使得气化物料的反应区域变小，熔融物料容易黏在炉壁上，增加了设备的清洗次数，不利于节能。

在本发明母案的审查过程中，第一次审查意见通知书仅指出形式性问题，未检索到最接近的现有技术。因此，本发明具有突出的实质性特点和显著的进步。

技术实现要素：

针对现有技术之不足，本发明提供了一种用于流化床的燃烧装置及配有该燃烧装置的流化床，采用在流化床的反应炉设置至少两个烧嘴，并且将烧嘴喷气口的一侧边缘与锥形炉壁的方式设置，燃烧装置的喷气口与锥形炉壁齐平，从而在反应炉内形成漩涡式气流，将物料托起。

本发明提供了一种用于流化床的燃烧装置，所述燃烧装置布置于流化床下部并包括至少两个烧嘴，所述燃烧装置包括锥形炉壁，所述锥形炉壁的圆锥体母线或其延长线汇聚于所述燃烧装置的底部，并且所述至少两个烧嘴在炉壁上的喷气口是按照各个烧嘴中心轴线的延长线与另一烧嘴的喷气口不直接相遇的方式开设于锥形炉壁上的，其中，所述至少两个烧嘴的喷气口是按照下述方式形成的：在燃烧时经所述至少两个烧嘴喷射出的高温气体近似沿切向与所述锥形炉壁相遇，使得经所述锥形炉壁反推形成沿周向的分流和沿轴向向上的分流，从而在所述流化床内形成围绕中心的旋流反应环境。

根据一种优选实施方式，所述至少两个烧嘴两两之间的中心轴线呈相同角度错开布置。

根据一种优选实施方式，所述燃烧装置包括三个烧嘴，所述三个烧嘴的中心轴线在同一平面上呈120°角错开布置。

根据一种优选实施方式，所述至少两个烧嘴沿所述锥形炉壁呈螺旋线布置。

根据一种优选实施方式，所述烧嘴在工作时采取恒定流速和恒定背压的方式喷射高温气体。

根据一种优选实施方式，所述烧嘴在工作时采取分时分区燃烧控制。

根据一种优选实施方式，所述烧嘴至少包括燃烧室和喷气口，其中，所述喷气口的内径小于所述燃烧室的内径，所述喷气口的出口边缘至少与锥形炉壁齐平，所述喷气口的至少一侧外壁与所述锥形炉壁相切设置，所述喷气口的出口边缘为弧形结构，其弧度与所述锥形炉壁部分弧度相一致。

根据一种优选实施方式，所述烧嘴的中心轴线与所述流化反应炉的中心轴线相垂直设置，或者

所述烧嘴的中心轴线与所述流化反应炉的中心轴线呈锐角设置。

根据一种优选实施方式，所述燃烧室采用耐火材料制备而成，其中所述燃烧室的中间部分引入天然气，外侧引入空气的方式使天然气与空气混合燃烧生成均匀高温气流。

本发明还提供了一种流化床，所述流化床的气体流是由前述的燃烧装置形成的旋涡式气体流，其中所述燃烧装置布置于流化床下部并包括至少两个烧嘴，所述燃烧装置包括锥形炉壁，所述锥形炉壁的圆锥体母线或其延长线汇聚于所述燃烧装置的底部，并且所述至少两个烧嘴在炉壁上的喷气口是按照各个烧嘴中心轴线的延长线与另一烧嘴的喷气口不直接相遇的方式开设于锥形炉壁上的，其中，所述至少两个烧嘴的喷气口是按照下述方式形成的：在燃烧时经所述至少两个烧嘴喷射出的高温气体近似沿切向与所述锥形炉壁相遇，使得经所述锥形炉壁反推形成沿周向的分流和沿轴向向上的分流。

本发明的有益技术效果主要存在于以下几个方面：

1、本发明用于流化床的燃烧装置通过以喷气口的一侧外壁与锥形炉壁相切的方式设置至少两个，从而能够在反应炉底部经锥形炉壁反推形成沿炉壁周向和轴向向上的旋涡式气体流，更容易将物料托起。并且旋涡式气流由于周围流速大于中心流速，在本发明高温下极易熔融的物料不易粘在炉壁上。

2、本发明的燃烧装置其喷气口边缘采取与锥形炉壁齐平，在反应炉底部设置多个烧嘴。在炉壁上的喷气口按照各个烧嘴的中心轴的延长线与另一烧嘴不直接相遇的方式开设于锥形炉壁上。在本发明的高温条件下，烧嘴喷出的高温气体流不会将其他烧嘴烧坏，从而起到延长设备使用寿命的作用。

3、本发明还提供了一种配有本发明燃烧装置的流化床，本发明的流化床内的气体流是旋涡式气体流，其中间流速小于周围流速，有利于物流的排出。同时通过流化床反应炉底部的锥形炉壁结构进一步使旋涡式气流向上托起物料。

附图说明

图1是本发明用于流化床的燃烧装置的一种优选实施方式的俯视图；

图2是本发明用于流化床的燃烧装置的一种优选实施方式的示意图；和

图3是本发明的流化床反应炉底部一种优选实施方式的示意图。

附图标记列表

100：烧嘴101：烧嘴101a：喷气口

102：烧嘴103：反应腔104：反应炉

201：排渣口202：锥形炉壁301：第一锥体

302：第二锥体

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

本发明提供了一种用于流化床的燃烧装置，所述燃烧装置布置在流化床下部并且包括至少两个烧嘴。根据一种优选实施方式，参考图1，燃烧装置包括三个烧嘴100，101，102。所述烧嘴至少包括燃烧室和喷气口101a。其中，所述燃烧室中通入天然气与空气进行燃烧反应。所述燃烧室连接喷气口101a，其中喷气口101a的内径小于燃烧室的内径。所述喷气口101a内部呈圆筒状连接所述燃烧室，且喷气口101a为非金属耐火材料。通过燃烧室的中间部分引入天然气，外侧引入空气的方式使天然气与空气混合燃烧生成均匀高温气流。

本发明的燃烧装置还包括锥形炉壁，所述锥形炉壁的圆锥体母线或其延长线汇聚于燃烧装置的底部。喷气口101a的出口边缘至少与锥形炉壁齐平，喷气口101a的一侧外壁与锥形炉壁的部分弧形相切。喷气口101a的出口为与锥形炉壁连接处一致的弧形结构。所述喷气口101a的出口边缘为弧形结构，其弧度与所述锥形炉壁部分弧度相一致。

本发明的至少两个烧嘴的喷气口是按照如下方式形成的：在燃烧时经喷嘴喷射出的高温气体近似沿切向与锥形炉壁相遇，使得经所述锥形炉壁反推形成沿周向的分流和沿轴向向上的分流，从而在流化床内形成围绕中心的旋流反应环境。

本发明的高温条件是指磷矿还原反应进行的温度，即1150～1400℃。在该温度下，磷矿容易软化熔融。

本发明的燃烧装置喷气口喷出的高温气体温度为1150～1400℃。

本发明的至少两个烧嘴在炉壁上的喷气口是按照各个烧嘴中心轴线的延长线与另一烧嘴的喷气口不直接相遇的方式开设于锥形炉壁上。根据本发明的一种优选实施方式，所述烧嘴100，101，102的中心轴呈120°角错开布置。即，在竖直方向，所述烧嘴100，101，102的中心轴线与所述流化反应炉104的中心轴线相垂直设置；在水平方面，所述烧嘴100，101，102的中心轴线在同一平面上，并且两两之间呈120°角错开布置，并且任一烧嘴的中心轴线的延长线与另一烧嘴的喷气口不直接相遇。

根据本发明的另一种优选实施方式，所述烧嘴100，101，102的中心轴线与所述流化反应炉104的中心轴线呈锐角设置。即所述烧嘴的喷气口101a采用斜向上和/或斜向下方向设置。

根据本发明的一种优选实施方式，本发明的燃烧装置包括大于三个烧嘴，并且烧嘴之间的排列方式按照两两之间的中心轴线呈相同角度错开布置，并且任一烧嘴的中心轴线的延长线与另一烧嘴的喷气口不直接相遇。

根据本发明的一种优选实施方式，本发明的燃烧装置的烧嘴沿锥形炉壁202呈螺旋线布置。即本发明的多个烧嘴的中心轴线在竖直方向具有高度差，在水平方向，两两之间具有相同的夹角排列。因此任一烧嘴的中心轴线的延长线与另一烧嘴的喷气口不直接相遇。

本发明的燃烧室采用耐火材料制备而成，且通过中间部分引入天然气，外侧引入空气的方式使天然气与空气混合燃烧形成均匀气流。该均匀气流进入喷气口101a，由于喷气口101a的内径变小，均匀气流流速变大，在喷气口101a喷入反应炉104的气流初速为50～150米/秒。

图2示出了本发明一种优选实施方式的配有本发明燃烧装置的流化床反应炉的示意图。其中，所述反应炉104的底部为锥形炉壁202，其圆锥体母线或其延长线汇聚于燃烧装置的底部。至少两个烧嘴100，101，102在炉壁上的喷气口是按照各个烧嘴中心轴线的延长线与另一个烧嘴的喷气口不直接相遇的方式开设于锥形炉壁上的。所述锥形炉壁202连接至少3个排渣口201。根据一种优选实施方式，三个排渣口的中心轴线或其延长线相交，三条中心轴线或其中心轴线形成三棱锥体，该锥体的侧面为顶角为30°的等腰三角形。

根据本发明的一种优选实施方式，配有该燃烧装置的流化床反应炉底部是具有角度不同的两部分圆锥体结构。反应腔的圆锥体如图3所示，其中第一锥体301的倾斜面与水平面的夹角为θ，第二锥体302的倾斜面与水平平面的夹角为α，其中α＞θ，α优选67°。如此设置，更容易使得粘在反应炉壁上的熔融物料沿锥形炉壁流下通过排渣口排出。所述烧嘴的喷气口设置在第一锥体301上，在第二锥体302的下部设置3个中心轴线或其延长线相交形成三棱锥的排渣口。三棱锥的每个侧面优选顶角为30°的等腰三角形。

根据本发明的一种优选实施方式，本发明的烧嘴在通入燃烧气体工作时，燃料气具有恒定的背压，经燃烧后向反应腔喷射高温气体。优选的，本发明高温气体燃料气的恒定背压为50kpa，燃烧后恒定流速为60米/秒。

根据本发明的另一种优选实施方式，本发明的至少2个烧嘴在通入天然气及空气进行燃烧产生高温气流向反应腔内喷射时，采用分时分区燃烧控制。多个烧嘴可采取间歇式工作方式；即每个烧嘴通过连接计算机控制器，控制器可设定每个烧嘴内高温气体的喷射时间及停歇时间，在一个或者几个烧嘴工作达到所设定的时间段后，停止喷射高温气体进入停歇状态，然后控制由另一个或几个处于停歇状态的烧嘴进行工作产生高温气体流。从而使得每个烧嘴能够依次进行工作产生旋流气体，更易形成围绕流化床中心的旋流反应环境，并且可节约燃气的燃烧，延长设备的使用寿命，起到节能环保效果。

本发明的烧嘴通过密封件套结于反应炉104主体内，能够对反应炉起到密封作用，防止内部热量的损失导致炉内部反应温度的下降。所述密封件部分存在于反应炉内，另一部分露出反应炉延伸至外界。

实施例1

本发明用于流化床的燃烧装置及配有该燃烧装置的流化床按如下方式设置：

本实施例用于流化床的燃烧装置包括两个烧嘴。其中第一烧嘴和第二烧嘴的中心轴线相互平行但不直接相交成一条直线，并且位于同一平面上。所述第一烧嘴和第二烧嘴的喷气口喷出的高温气体具有至少沿锥形炉壁切向的矢量。第一烧嘴和第二烧嘴的燃烧室内产生的高温气体同时且连续进入反应腔内。来自第一烧嘴和第二烧嘴的两股高温气流沿锥形炉壁喷出的气体方向相反，经相互碰撞形成高速旋涡气体流，并经锥形炉壁的反推形成沿锥形炉壁周向的分流和沿轴向向上的分流，从而形成向上的高速旋风气体流将物料托起形成流化床。

实施例2

本实施例用于流化床的燃烧装置及配有该燃烧装置的流化床按如下方式配置：

本实施例用于流化床的燃烧装置包括三个安装于锥形炉壁的烧嘴。其中第一烧嘴、第二烧嘴和第三烧嘴的中心轴线在同一平面上，相互呈120°夹角方式排列。所述第一烧嘴、第二烧嘴和第三烧嘴的喷气口喷出的高温气体具有至少沿锥形炉壁切向的矢量。三个烧嘴燃烧室内产生的高温气体同时且连续进入反应腔内。来自三个燃烧装置的三股高温气流沿锥形炉壁喷出，经相互碰撞、冲击、旋流形成高速旋涡气体流，并经锥形炉壁的反推形成沿锥形炉壁轴向的分流和沿轴向向上的分流，从而形成向上的高速旋风气体流将物料托起形成流化床。

实施例3

本实施例中配有本发明燃烧装置的流化床按如下方式设置：

本实施例中采用三个烧嘴安装于流化床反应炉104内，其中第一烧嘴、第二烧嘴和第三烧嘴的中心轴线与反应炉104的中心轴线呈锐角夹角设置。优选的，所述第一烧嘴、第二烧嘴和第三烧嘴的喷气口喷出的高温气体流朝向锥形炉壁的斜上方。所述第一烧嘴、第二烧嘴和第三烧嘴的喷气口喷出的高温气体具有至少沿锥形炉壁斜上方切向的矢量。三个烧嘴燃烧室内产生的高温气体同时且连续进入反应腔内。来自三股高温气流沿锥形炉壁斜向上喷出，经相互碰撞形成高速旋涡气体流。从而形成向上的高速旋风气体流将物料托起形成流化床。

实施例4

本实施例配有本发明燃烧装置的流化床按如下方式设置：

本实施例中采用四个烧嘴安装于流化床反应炉104内，其中第一烧嘴、第二烧嘴、第三烧嘴和第四烧嘴的中心轴线与反应炉的中心轴线呈锐角夹角设置。优选的，所述第一烧嘴、第二烧嘴的喷气口喷出的高温气体流朝向锥形炉壁的斜上方切向，第三烧嘴和第四烧嘴的喷气口喷出的高温气体流朝向锥形炉壁的斜下方切向。因此在反应腔内形成两股高温气体具有至少沿锥形炉壁斜上方切向的矢量，同时在反应腔内形成两股具有沿锥形炉壁斜下方切向的矢量。如此设置四个烧嘴，斜向上方的高温气流沿锥形炉壁斜向上喷出，经相互碰撞、冲击、旋流形成高速旋涡气体流，从而形成向上的高速旋风气体流将物料托起形成流化床。斜向下方的高温气流沿锥形炉壁斜向下喷出，能够对反应腔内壁粘黏的熔融物起到加速其流向排渣口的作用。

实施例5

本实施配有本发明燃烧装置的流化床按如下方式设置：

本实施例中采用四个烧嘴安装于流化床反应炉104内，其中第一烧嘴、第二烧嘴、第三烧嘴和第四烧嘴的中心轴线与反应炉的轴线垂直设置，即，所述燃烧装置的喷气口喷出的高温气体流朝向水平方向。在本实施例中第一烧嘴、第二烧嘴、第三烧嘴和第四烧嘴的中心轴线不在同一平面上；所述烧嘴采用螺旋线布置于反应炉锥形炉壁。根据一种优选实施方式，第一烧嘴的喷气口高于第二烧嘴，第二烧嘴的喷气口高于第三烧嘴，第三烧嘴的喷气口高于第四烧嘴。第一烧嘴与第三烧嘴的中心轴线平行，第二烧嘴与第四烧嘴的中心轴线平行，第一烧嘴与第二烧嘴的中心轴线间的夹角为直角。如此设置四个烧嘴，能够在反应炉的反应腔连续形成旋涡式气体流。有利于流化床物料的上升，减少不完全反应物料的下降排出，从而增强物料的利用率。经相互碰撞形成高速旋涡气体流，从而形成向上的高速旋风气体流将物料托起形成流化床。

本发明的用于流化床的燃烧装置及配有该燃烧装置的流化床，通过设置至少两个烧嘴，将烧嘴的喷气口与反应炉的锥形炉壁齐平并且喷气口一侧外壁与锥形炉壁相切的方式，使得安装在高温反应炉内的烧嘴不易被烧坏，增长了设备的使用寿命。并且喷气口喷出的气体流一方面能够近似沿切向与锥形炉壁相遇，另一方面气体流经锥形炉壁的反推形成沿周向的分流和沿轴向向上的分流，至少两股气体流形成旋涡式气流将物料托起。旋涡式气流中间流速小于周围流速，在本发明的物料反应上升过程中，高温条件下物料容易发生熔融，熔融物料由于中间较小的流速可以实现较少的粘在反应炉壁上。从而减少了对反应腔炉的清洗，起到节约能源，环保的效果。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。