流化床分布板及流化床反应器的制造方法
【专利摘要】本实用新型实施例提供了一种流化床分布板及流化床反应器，属于煤气化【技术领域】，以避免大颗粒在分布板区域因失流化而造成的结渣现象。所述流化床分布板为向上向外延伸的锥形筒体，在所述筒体侧壁上开设有入射方向与流化床内部流化场方向相一致的旋孔。本实用新型可用于利用流化床反应器的煤催化气化或加压煤气化技术中。
【专利说明】流化床分布板及流化床反应器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及煤气化【技术领域】，尤其涉及一种流化床分布板及流化床反应器。【背景技术】
[0002]我国的能源特征是“富煤、少油、缺气”，将煤转化为能源中最优质的燃料甲烷是适合我国国情且清洁环保的捷径，而将煤转化为燃料甲烷的常用方法之一是采用流化床技术，通过煤自下而上与气化剂反应保持连续不断的沸腾和悬浮状态以使其具有良好的传热性能和反应效率。
[0003]流化床设备中最主要的构件为气化剂分布装置(一般称作“分布板”)，起着均匀布气和支撑固相颗粒的重要作用，其形状和结构极大的影响着设备的传热与传质等生产操作性能。现有的流化床设备中所使用的气化剂分布板多为锥形分布板，该分布板的角度多为45度，并布有均匀的小孔，可以在分布板区内形成有良好的气固接触条件，从而使所有颗粒都处于运动状态。
[0004]但在实际使用中，上述分布板多使用在常、低压气化技术中，即在水煤比、氧煤比一定的情况下，流化床内气速相对较高，能够实现分布板区域颗粒的良好流化，且受原料煤粒径分布的影响较小。但若将其应用在中、高压的煤气化技术或煤催化气化技术中则无法满足流化需求，特别是在宽粒径分布或者有大粒径原料煤参与的气化过程中更是容易因失流化而在分布板上引起结渣，最终导致整个装置的非正常停运。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种流化床分布板及流化床反应器，以避免大颗粒在分布板区域因失流化而造成的结渣现象。
[0006]为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案:
[0007]—方面，本实用新型提供了一种流化床分布板，所述流化床分布板具有向上向外延伸的锥形筒体，在所述筒体侧壁上开设有入射方向与流化床内部流化场方向相一致的旋孔。
[0008]可选的，所述筒体的上端面与所述侧壁之间形成的夹角为50-80°。
[0009]可选的，所述旋孔开设在所述筒体1/3以上的区域。
[0010]进一步的，所述旋孔的入射方向与其所在平面圆的切线夹角为0-60°。
[0011]可选的，所述旋孔的直径为2-10mm，开孔率为0.2-0.5%。
[0012]可选的，在所述筒体侧壁上还开设有直孔。
[0013]进一步的，所述直孔开设在所述筒体1/2以下的区域。
[0014]进一步的，距离所述筒体下端面5_20mm的区域内不开设直孔。
[0015]可选的，所述直孔的直径为0.5-2mm,开孔率为0.1-0.5%。
[0016]另一方面，本实用新型提供了一种流化床反应器，包括:反应器主体、进料管线、气化剂管线、出气管线、气控排渣装置以及包括上述任一技术方案所提供的流化床分布板。[0017]本实用新型实施例提供了一种流化床分布板及流化床反应器，与现有的流化床分布板相比不同的是，在实施例提供的流化床分布板的侧壁上开设有入射方向与流化床内部流化场方向相一致的旋孔，可以强化分布板区域大颗粒的流动，并增强了其在炉内的返混行为，从而有效地避免宽粒径分布或者有大粒径原料煤参与气化时因存在有失流化形成的流动死区而引起的在分布板上的结渣现象，特别是降低反应过程中有氧存在情况下的结渣风险，进而有利于煤气化过程的进行。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型实施例提供的流化床分布板的示意图；
[0019]图2为本实用新型实施例提供的在流化床分布板上开设的旋孔与所在平面圆的切线夹角β示意图；
[0020]图3为本实用新型实施例提供的在流化床分布板上开设的旋孔与所在平面圆的仰角Y示意图；
[0021]图4为本实用新型实施例提供的流化床反应器的示意图；
[0022]图5为本实用新型实施例提供的不同角度分布板的氧浓度分布的CFD模拟图。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0024]下面结合附图对本实用新型实施例提供的流化床分布板及流化床反应器进行详细描述。
[0025]图1为本实用新型实施例提供的流化床分布板的示意图。由图1示出，本实用新型实施例提供了一种流化床分布板，所述流化床分布板为具有向上向外延伸的锥形筒体，在所述筒体侧壁2上开设有入射方向与流化床内部流化场方向相一致的旋孔3。
[0026]为了使原料煤在参与气化的过程中与气化剂以流动的状态能够更好地接触，在所述筒体的侧壁2上开设有入射方向与流化床内部流化场方向相一致的旋孔3。这样，由气化剂管线输送至气室的气化剂就可通过侧壁2上开设的旋孔3进入反应器腔室内，以使进入的气化剂能够在分布板区域内对颗粒产生更大的向上的曳力，能带动更多的原料煤向上运动，形成更有效的接触和返混。这里需要说明的是，流化床分布板是具有一定厚度的，这里的一定厚度可根据实际所选用的材料和分布板的具体应用条件来确定，本实施例中不对流化床分布板的具体厚度作进一步限定。
[0027]本发明实施例提供了一种流化床分布板，与现有的流化床分布板相比不同的是，在由本发明实施例提供的流化床分布板的侧壁上开设有入射方向与流化床内部流化场方向相一致的旋孔，可以强化分布板区域大颗粒的流动，并增强了其在炉内的返混行为，从而有效地避免宽粒径分布或者有大粒径原料煤参与气化时因存在有失流化形成的流动死区而引起的在分布板上的结渣现象，特别是降低反应过程中有氧存在情况下的结渣风险，进而有利于煤气化过程的进行。[0028]在本实施例中，为了能够缓慢降低分布板的水平截面变化趋势，减小分布板区域中的气速变化梯度，以避免宽粒径或大粒径原料煤在参与气化过程中因失流化而形成的流动死区，在所述筒体的上端面I与其侧壁2之间形成的夹角(α )为50-80°，优选的，该α夹角为55-76°，更优选为65-72°。关于α夹角的角度范围的选择可根据颗粒粒径的分布情况而定，具体的，一般遵循当粒径分布≤ 3mm时，α夹角的范围为50_65° ,当粒径分布≤6mm时，α夹角的范围为60-80°的原则。
[0029]在本发明提供的另一实施例中，旋孔3可开设在所述筒体1/3以上的区域，此处是指从筒体上端面起至所述筒体垂直高度的2/3处为分界线，旋孔3可开设在以此分界线所划分的所述筒体的上部区域。需要说明的是，旋孔3的位置可以改变旋流向上推动力的起始点，当旋孔位置下移以后，部分旋流气量发挥了气控排渣的作用，即对分布板区域颗粒产生的向上曳力加大，使排渣量减少。因此，旋孔3的位置分布很关键，本领域技术人员可以根据具体情况，综合考虑分布板α夹角和原料煤粒径分布在本发明所述范围内进行调节。
[0030]在本发明的又一实施例中，如图2所示，在所述筒体侧壁上开设有入射方向与流化床内部流化场方向相一致的旋孔3，即旋孔3与其所在平面圆的切线夹角(β )为0-60°。由气室输送的气化剂以该角度通过旋孔3进入反应器腔室中并带动原料煤运动。优选的，切线夹角β为0-45°，更优选的，切线夹角β为0-25°。这是因为，所述流化床分布板具有向上向外延伸的圆锥形结构，通过合理调节切线夹角β，使气化剂有效地沿旋孔3贴壁进入反应器腔室，最大程度地带动原料煤向上运动。
[0031]在本发明的另一实施例中，如图3所示，旋孔3还可与所在平面圆呈仰角(Y )进入，Y可选择为0-30°，优选的，Y为0-17°，更优选的，Y为0-10°。同样也可使气化剂有效地沿旋孔3贴壁进入反应器腔室，实现最大程度地带动原料煤向上运动。
[0032]为了能够使气化剂在进入分布板区域后能够有效地带动不同粒径大小的原料煤颗粒向上运动,可选的,旋孔3的直径为2-10mm。进一步优选的,直径为6_8mm。关于旋孔3的直径的选择可根据所使用的不同原料煤的最大粒径进行选择，通常为其1-2倍。开设旋孔3的目的是为了强化分布板区域大颗粒的流动，并增强其在炉内的返混行为，以更好地降低反应过程中特别是有氧存在情况的结渣风险。通常情况下，旋孔3均匀分布于分布板的平面圆上，且开孔率为0.2-0.5%。需要说明的是，关于开设旋孔3的具体数量及位置分布，本领域技术人员可在开孔率和旋孔直径确定的前提下，根据分布板区域的颗粒流化特性而具体设定。
[0033]在本发明的又一实施例中，可选的，在所述筒体侧壁2上还可开设有直孔4，其目的是为了给分布板旋孔3以下及交集部位的颗粒提供推动力，避免颗粒堆积，以保证排渣的通畅。进一步的，直孔4开设在所述筒体1/2以下的区域，即流化床分布板的下端面5与下端面5以上1/2之间的区域，此处是指所述筒体垂直高度的1/2处为分界线，直孔4可开设在以此分界线所划分的所述筒体的下部区域，从而可以更好地给分布板下端的原料煤及煤灰提供推动力，促使其进行充分的流动。需要说明的是，为了避免在分布板底端形成气封面，也为了在分布板的底端与排渣管连接口处形成气速的缓冲区，可选的，距离所述筒体下端面5-20_的区域 内不开设直孔4。留有这一范围内的缓冲区，可较好地控制煤灰的排出。
[0034]为了使气化剂在进入反应器腔室底部区域后能够有效地带动较大粒径的原料煤及煤灰颗粒向上运动，可选的，直孔4的直径为0.5-2mm，开孔率为0.1-0.5%，且均匀分布于分布板的平面圆上。需要说明的是，直孔4的数量及位置本领域技术人员可根据分布板总开孔率和旋孔面积的需要进行综合确定。
[0035] 图4为本实用新型实施例提供的流化床反应器的示意图。如图4所示，本实用新型提供了一种流化床反应器，包括:
[0036]反应器主体41，其内部形成有腔室；
[0037]包括上述任一技术方案所提供的流化床分布板42，位于所述反应器主体底部，与所述反应器主体底部的器壁间形成有气室；
[0038]进料管线(未示出)，贯穿于所述反应器主体的上部，与所述腔室流体连通，以供气化原料进入所述腔室内；
[0039]气化剂管线43，贯穿于反应器主体底部，开口于气室，以供气化剂通过所述流化床分布板进入所述腔室内；
[0040]出气管线(未示出)，贯穿于反应器主体顶部，与所述腔室流体连通，以供气体产物排出反应器；
[0041 ] 气控排渣装置44，位于反应器主体底部，与所述流化床分布板相连，以供固体产物排出反应器。
[0042]本发明实施例提供了一种流化床反应器，该流化床反应器中包括有本发明实施例提供的开设有旋孔的入射方向与流化床内部流化场方向相一致的分布板，可以强化分布板区域大颗粒的流动，并增强了其在炉内的返混行为，从而有效地避免宽粒径分布或者有大粒径原料煤参与气化时因存在有失流化形成的流动死区而引起的在分布板上的结渣现象，特别是降低反应过程中有氧存在情况下的结渣风险，进而有利于煤气化过程的进行。
[0043]反应器主体41具有承压能力，能够耐受并维持反应器内部空间的温度和压力，并由耐压材料制成。所述进料管线和气化剂管线43用于将所述物质在一定压力下引入反应器内部腔室，以供二者充分接触后发生气化反应。其中，气化剂管线43中通入由02、CO或H2中的一种或多种与过热蒸汽混合而成的气化剂。所述出气管线用于将气化反应后的气体产物排出反应器。气控排渣装置44可以与设备相连，也可以一体成型，通过调节气控排渣装置三通中的惰性物料或气化剂的进入量来控制排渣量。需要说明的是，在实际生产过程中，本领域技术人员可根据实际情况确定上述相应管线的所需个数，从而更好地实现各自功能，实现实用新型目的。将较大α夹角角度的分布板与此排渣方式相结合，既能保证分布板区域颗粒的流动问题，又能实现准确控制排渣量。
[0044]为了更好地说明一种流化床分布板、流化床反应器及其气化方法，下面以具体实施例及对比例进行详细说明。
[0045]采用具有一定粒径分布的原料煤进行煤催化气化实验，实验装置为内径0.2m、高4m的流化床，床体壁面竖直高度上每25cm设有测温点、测压点、气固取样点，以分布板上端面为高度零基准面，所用原料煤负载10wt%催化剂，粒径分布如表1、表2、表3。
[0046]表1宽粒径原料煤粒径分布(4mm以下)
[0047]
【权利要求】
1.一种流化床分布板，其特征在于，所述流化床分布板具有向上向外延伸的锥形筒体，在所述筒体侧壁上开设有入射方向与流化床内部流化场方向相一致的旋孔。
2.根据权利要求1所述的流化床分布板，其特征在于，所述筒体的上端面与所述侧壁之间形成的夹角为50-80°。
3.根据权利要求1所述的流化床分布板，其特征在于，所述旋孔开设在所述筒体1/3以上的区域。
4.根据权利要求1或3所述的流化床分布板，其特征在于，所述旋孔的入射方向与其所在平面圆的切线夹角为0-60°。
5.根据权利要求1或3所述的流化床分布板，其特征在于，所述旋孔的直径为2-10mm，开孔率为0.2-0.5%ο
6.根据权利要求1所述的流化床分布板，其特征在于，在所述筒体侧壁上还开设有直孔。
7.根据权利要求6所述的流化床分布板，其特征在于，所述直孔开设在所述筒体1/2以下的区域。
8.根据权利要求6或7所述的流化床分布板，其特征在于，距离所述筒体下端面5-20mm的区域内不开设直孔。
9.根据权利要求6或7所述的流化床分布板，其特征在于，所述直孔的直径为0.5-2mm,开孔率为 0.1-0.5%。
10.一种流化床反应器，其特征在于，包括:反应器主体、进料管线、气化剂管线、出气管线、气控排渣装置以及如权利要求1-9任一项所述的流化床分布板。
【文档编号】C10J3/54GK203768318SQ201420147222
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日
【发明者】宋新朝, 武恒, 祖静茹, 湛月平, 裴增楷, 康守国, 金亚丹, 刘雷 申请人:新奥科技发展有限公司