專利名稱：配置環向多噴口布風機構的環形噴動床的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種配置環向多噴口布風機構的環形噴動床，是一種高效的氣固接觸反應器，屬于物料干燥、生物質氣化、活性炭生產、煤氣化聯產以及燃煤煙氣脫硫等技術領域。
背景技術：
噴動床技術是流態化技術的一個重要分支，它最早出現于50年代初期。噴動床技術主要用于谷物干燥，造粒、顆粒涂層等。另外，噴動床在低品質煤燃燒和氣化、低熱值工業廢物燃燒以及天然氣部分氧化制氫等工藝中也扮演著重要的角色。
傳統的噴動床結構主要由噴動氣入口噴嘴、底部倒錐及圓柱主體三部分組成。流體(通常是氣體)經由位于園錐形底部中心處的一個小孔(噴嘴或孔板)垂直向上射入，形成一個隨流體流速的增高而逐漸向上延伸的射流區。當流體噴射速率足夠高時，該射流區將穿透床層而在顆粒床層內產生一個迅速穿過床層中心向上運動的稀相氣固流栓(噴射區)。當這些被流體射流夾帶而高速向上運動的粒子穿過環繞其四周緩慢向下移動的顆粒床層(環隙區)而升至高過床層表面的某一高度時，由于流體速度的驟然減低，顆粒會像噴泉一樣因重力而回落到環隙區表面而形成噴泉區。這些回落的顆粒沿環隙區緩慢向下移動至床層下部，然后又滲入噴射區被重新夾帶上來而形成顆粒的極有規律的內循環。這種具有稀相噴射區、密相環隙區、噴泉區三區流動結構的流動現象就是噴動現象。
噴動床的結構對噴動現象的發生有很大影響。例如，當入口噴嘴直徑與噴動床柱體直徑之比大于某一臨界值時就不會出現顆粒的噴動，此時床層會隨著流速的增加由固定床直接轉變為聚式流化狀態。
傳統的流化床在操作過程中易出現分層和節涌，對流體和顆粒之間的傳熱傳質不利。而單一噴動床則經常出現環隙區底部死區和易粘結顆粒在環隙區的團聚，影響顆粒混合和氣固傳熱以及正常的操作運行。
為克服噴動床環形區底部“死區”的影響，可以在環形區底部通入輔助氣體，使環形區底部顆粒床層疏松，減弱或基本上消除“死區”。如果環形區形成移動床狀態，這就是所謂的充氣噴動床.如果環形區形成流態化狀態，就是噴動流化床(噴流床)。無論是充氣噴動床還是噴流床，其床體中央都為噴管區，又稱稀相輸送區，其四周為環形區，又稱濃相區。環形區的送風和中心噴動區的送風需要在一定的配比范圍內，才能實現良好的工作狀態。
現有的多噴頭噴動床是在噴動床底部設置多個平行的入射噴嘴，通過每個入口噴嘴的流量必須分別單獨控制，并采用相互連通的錐形段，這樣容易造成床內送風不均勻，特別在小風量時局部地方容易發生死區。多個送風管的風量難于分別控制，實際操作非常困難。
發明內容
本發明的目的在于針對現有噴動床和流化床的上述不足，提供一種配置環向多噴口布風機構的環形噴動床，結構緊湊，床層換熱和間壁換熱速率快，可以有效防治單一噴動床常出現的環隙區底部死區和某些易粘結顆粒在環隙區的團聚，強化氣流對床層的擾動，增加顆粒混合速率以及氣流在床內的停留期。
為實現這一目的，本發明環形噴動床的環形空間由內外兩個同心的豎立圓筒組成，環形空間底部設置獨特的多噴口布風機構，由多個獨立的八型噴嘴或斜噴嘴和相應的V型導流室構成。內圓筒下部設置過渡圓錐體與出料管連接，內圓筒上端設置的旋轉錐形布料器通過中心的轉軸與上端的電動機連接，與頂部給料機相連的進料管位于旋轉錐形布料器的上方。布風機構下部為穩壓風室，增壓流體通過穩壓風室進入布風機構而噴入環形空間，由于穩壓風室的作用，使得進入布風機構上各個噴嘴的風量均勻穩定，無須對各噴嘴的風量風壓進行分別控制。內圓筒底部設置螺旋卸料器，轉軸上設有攪拌葉片。在給料機中的物料通過給料管進入錐體布料器，在離心力的作用下將物料均勻拋入環形空間。物料在環形空間被均勻噴動流化，大顆粒在底部密相區噴動流化，上部稀相區的細小顆粒通過內圓筒上端的溢流口進入內圓筒內。存積在內圓筒內的物料由攪拌片攪動，并在螺旋卸料器的推動下，從出料管卸出。
本發明的具體結構如下一種配置環向多噴口布風機構的環形噴動床，主要由環形空間、獨特的多噴口布風機構、旋轉錐體布料器，穩壓風室、螺旋卸料葉片等組成。外圓筒與內圓筒為以轉軸為中心的兩個同心豎立圓筒，內圓筒直徑為100～2000mm，外圓筒直徑為200～2800mm。內圓筒下部設置過渡圓錐體與出料管連接，外圓筒與內圓筒構成的環形空間底部設置獨特的多噴口布風機構，它由4～100個八型噴嘴和相應的噴口以及對應的V型導流室構成，噴口尺寸d為5～300mm，V型導流板與水平線的夾角α、β為50°～90°，噴嘴與水平線夾角θ1為20°～90°、θ2為20°～160°。在噴動床上部空間，即內圓筒上端溢流口的上方設有旋轉錐形布料器，與頂部給料機相連的進料管位于旋轉錐形布料器的上方，物料通過給料管進入錐體布料器。旋轉錐體布料器通過中心的轉軸與上端的電動機連接，在離心力的作用下將物料均勻拋入環形空間。布風機構下部設置的穩壓風室與外圓筒直徑一致，由送風機或外界氣源提供的增壓流體通過送風管道導入穩壓風室，再進入布風機構而噴入環形空間。物料在環形空間被氣流均勻噴動流化并發生氣固接觸反應，大顆粒在底部密相區噴動流化，細小顆粒被氣流夾帶進入上部稀相區，部分顆粒通過內圓筒上端的溢流口進入內圓筒，氣流則從氣體出口排出。在內圓筒底部設置螺旋卸料器，螺旋卸料器與旋轉錐體布料器采用同一根轉軸工作，在轉抽上設置有攪拌葉片，存積在內圓筒內的物料由攪拌葉片攪動，并在螺旋卸料器的推動下，從出料管卸出。
本發明的噴動流化原理是增壓氣體通過穩壓風室進入布風機構而噴入環形空間，布風機構由多個噴嘴和V型導流室構成，物料在環形空間被噴動流化。當環形噴動床內載料量很少時，顆粒基本被噴動拋出V型導流室，并在床內作環向振蕩循環運動。隨床內載料量的進一步增加，振蕩高度有所下降，達到一定載料量以后，在噴風口處噴動的顆粒物料開始堆積填充。進一步增加床內載料量，各個噴風口的顆粒存料和送風逐漸變得均勻，顆粒在環形噴動床內出現分區噴動流化現象，沿床高方向，分為三個明顯不同的噴動流化區域(1)V型導流室內以顆粒填充移動和噴動攪拌為主的流動區；(2)V型導流室上部的密相噴動流化區；(3)上部空間的顆粒稀相夾帶區。
在近噴風口處的V型導流室，送風推動顆粒在V型導流室內噴動攪拌或噴出V型導流室。在V型導流室內，顆粒基本以填充移動和噴動攪拌為主形成物料的上下循環和混合；由于顆粒的堆積作用，貼近斜向導流板壁面的一定厚度的范圍內，顆粒以移動形式運動，從而造成在環向上相鄰V型導流室通過斜向導流板也進行著物料的快速交換。
在V型導流室上部的顆粒密相運動區，由于氣腔的不斷上升，這部分顆粒層主要以噴動流化形式為主，密相層表面的顆粒在一定高度內噴起波動。隨著載料量的增多，密相區的高度不斷增加，顆粒噴動流化運動更加劇烈。隨床內顆粒載料量的增加，顆粒密相區高度不斷增加。在相同的顆粒載料量和噴動風量下，噴動床高度隨粒徑的增加而降低。
在環形噴動床內，當顆粒噴動高度超過內圓筒上設置的溢流口時，就有一部分顆粒通過溢流口進入內圓筒；在內圓筒底部設置螺旋卸料器，螺旋卸料器與布料器采用同一根轉軸工作，在轉抽上設置有攪拌葉片，存積在內圓筒內的物料由攪拌葉片攪動，并在螺旋卸料器的推動下，從出料管卸出。
本發明具有下述優點1.環形噴動床結構緊湊，能獲得較高的間壁傳熱效果。
2.環形噴動床內物料流化所需的耗氣量少，能耗低，在很寬的范圍內均能形成較濃密的床層，流態化操作彈性范圍寬。
3.環形噴動床氣固傳熱速率快，顆粒混合激烈均勻，床料擾動大，可有效防止物料粘結堵塞，溫度分布均一。
4.采用新穎獨特的布風機構，多個獨立的噴嘴配置獨立的V型導流室，壓損小，效能高；5.由于采用了有效的穩壓風室，使得進入布風機構上各個噴嘴的風量均勻穩定，無須對各噴嘴的風量風壓進行分別控制。
6.采用斜噴口布風機構，可使氣流在環形空間繞內圓筒螺旋上升，延長了氣體在床內的停留時間，加強了氣固換熱和顆粒混合速率。同時顆粒物料沿環向的傳輸速率也相應地加快。由于氣流強烈地旋流沖刷和擾動，可有效地防止顆粒在壁面的粘結。
7.新穎的布料和出料系統，獨特的攪拌和卸料技術可有效地防止物料粘結，確保下料順暢。
圖1為本發明環形噴動床的結構示意圖。
圖1中，1為給料機，2為電動機，3為氣體出口，4為旋轉錐體布料器，5為轉軸，6為外圓筒體，7為內圓筒體，8螺旋卸料葉片，9為布風機構，10為出料管，11為送風管道，12為送風機，13為穩壓風室，14為過渡圓錐體，15為攪拌葉片，16為環形空間，17為進料管。
圖2為配置斜噴嘴送風與V型導流室組合的多噴口布風機構示意圖。
圖2中，18為V型導流板，19為斜噴嘴，20為噴口，21為密封底板，22為V型導流室，d為噴口寬度。
圖3為配置八型噴嘴送風與V型導流室組合的多噴口布風機構示意圖。
圖3中，18為V型導流板，20為噴口，21為密封底板，22為V型導流室，23為八型噴嘴，d為噴口寬度。
圖4為八個噴口的布風機構實施例1(俯視圖)。
圖4中，7為內圓筒體，6為外圓筒體，20為噴口，沿環向布置有八個噴口。
圖5為八個噴口的布風機構實施例2(俯視圖)。
圖5中，7為內圓筒體，6為外圓筒體，20為噴口，沿環向布置有八個噴口，24為內錐體導流板，25為外錐體導流板。
圖6為圖5中B-B剖面圖。
圖6中，20為噴口，沿環向布置有八個噴口，21為環形密封底板，22為V型導流室，23為八型噴嘴，24為內錐體導流板，25為外錐體導流板，26為噴嘴導流內錐體，27為噴嘴導流外錐體。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明的技術方案作進一步描述。
本發明的環形噴動床結構如圖1所示，主要由環形空間16、布風機構9、旋轉錐體布料器4，穩壓風室13、螺旋卸料器8、給料機1、出料管10等組成。外圓筒6與內圓筒7是以轉軸5為中心的兩個同心豎立圓筒，外圓筒6直徑為200～2800mm，內圓筒7直徑為100～2000mm。在內圓筒7下部設置過渡圓錐體14，過渡圓錐體14的底部與出料管10連接。外圓筒6與內圓筒7構成環形空間16，在環形空間16的底部設置獨特的多噴口的布風機構9，在內圓筒7上端溢流口的上方設有旋轉錐形布料器4，與頂部給料機1相連的進料管17位于旋轉錐形布料器4的上方，物料通過給料管17進入旋轉錐體布料器4，旋轉錐體布料器4通過中心的轉軸5與上端的電動機2連接，電動機2通過轉軸5帶動旋轉錐體布料器4旋轉，使旋轉錐體布料器4內的物料在離心力的作用下均勻拋入環形空間16內。在布風機構9下部為圓筒形結構的穩壓風室13，穩壓風室13與環形空間16的外圓筒7直徑一致。增壓流體由送風機12或外界氣源提供，通過送風管道11導入穩壓風室13，在穩壓風室13的氣流進入布風機構9而噴入環形空間16，物料在環形空間16內被均勻噴動流化并發生氣固接觸反應，部分顆粒通過內圓筒7上端的溢流口進入內圓筒7內部；在內圓筒7底部設置螺旋卸料器8，螺旋卸料器8與旋轉錐體布料器4采用同一根轉軸5工作，在轉抽5上位于內圓筒7的內部設置有攪拌葉片15，存積在內圓筒7內的物料由攪拌葉片15攪動，并在螺旋卸料器8的推動下，從出料管10卸出。
本發明所述的布風機構采用多噴口結構形式，噴口可以采用斜噴嘴或八型斜噴嘴。圖2所示為本發明多噴口布風機構的技術方案之一。該方案設計的多噴口布風機構為斜噴嘴送風與V型導流室組合配置，主要由斜噴嘴19、V型導流室22、噴口20、密封底板21等組成。密封底板21沿環向設置多個噴口20，每個噴口20下面設置斜噴嘴19，每個噴口20與其上面設置的兩塊導流板18構成一個獨立的V型導流室22，斜噴嘴19與V型導流室22一一對應，數量一致。穩壓風室13的氣流通過斜噴嘴19從噴口20噴入V型導流室22。噴口20的噴口寬度d＝5～300mm，兩塊導流板18與密封底板21之間的夾角α、β＝40°～90°，斜噴嘴19的兩條邊與密封底板21之間的夾角θ1＝20°～90°，θ2＝20°～160°。
圖3所示為本發明的多噴口布風機構的技術方案之二。該方案設計的多噴口布風機構為八型噴嘴送風與V型導流室組合配置，主要由八型噴嘴23、V型導流室22、噴口20、密封底板21等組成。在環形密封底板21上沿環向設置多個噴口20，每個噴口20下面設置八型噴嘴23，每個噴口20與其上面設置的兩塊導流板18構成一個獨立的V型導流室22，八型噴嘴23與V型導流室22一一對應，數量一致。穩壓風室13的氣流通過八型噴嘴23從噴口20噴入V型導流室22。噴口20的噴口寬度d＝5～300mm；兩塊導流板18與密封底板21之間的夾角α、β＝40°～90°，八型噴嘴23的兩條邊與密封底板21之間的夾角θ1＝θ2＝20°～90°。
圖4為本發明的八個噴口布風機構的實施例1，圖4所示為布風機構的俯視圖。在外圓筒6與內圓筒7構成的環形空間底部設置布風機構，八個噴口20沿環形空間環向均勻設置，噴口20的形狀呈條縫口型，每個噴口20對應地與獨立的V型導流室連接。
圖5為本發明的八個噴口布風機構的實施例2，在內圓筒7和外圓筒6之間設置的布風機構還配置了內錐體導流板24和外錐體導流板25，外錐體導流板25和內錐體導流板24之間的環形空間均勻地設置八個噴口20。
圖6為圖5中B-B剖面圖。如圖6所示，布風機構還包括在環形密封底板21上設置的外錐體導流板25和內錐體導流板24，外錐體導流板25和內錐體導流板24之間的環形空間被均勻的分成八個V型導流室22，外錐體導流板25與外圓筒6的夾角ψ1＝0～35°、內錐體導流板24與內圓筒7的夾角ψ2＝0～35°；在環形密封底板21上沿環向均勻設置八個噴口20；每個噴口20下面相應地設置獨立的八型噴嘴23，每個噴口20上面相應地設置V型導流室22，八型噴嘴23配置噴嘴導流內錐體26和噴嘴導流外錐體27，噴嘴導流內錐體26與內圓筒7的夾角為0～35°，噴嘴導流外錐體27與外圓筒6的夾角為0～35°。
本發明中布風機構的噴口20不限于8個，可以為4～100個。
權利要求
1.一種配置環向多噴口布風機構的環形噴動床，其特征在于外圓筒(6)與內圓筒(7)為以轉軸(5)為中心的兩個同心豎立圓筒，內圓筒(7)下部設置過渡圓錐體(14)與出料管(10)連接，外圓筒(6)與內圓筒(7)構成的環形空間(16)底部設置多噴口布風機構(9)，內圓筒(7)上端溢流口的上方設有旋轉錐形布料器(4)，與頂部給料機(1)相連的進料管(17)位于旋轉錐形布料器(4)的上方，旋轉錐體布料器(4)通過中心的轉軸(5)與上端的電動機(2)連接，布風機構(9)下部的穩壓風室(13)與外圓筒(7)直徑一致，由送風機(12)或外界氣源提供的流體通過送風管道(11)導入穩壓風室(13)，內圓筒(7)底部設置的螺旋卸料器(8)與旋轉錐體布料器(4)采用同一根轉軸(5)工作，轉抽(5)上設有攪拌葉片(15)。
2.根據權利要求1的配置環向多噴口布風機構的環形噴動床，其特征在于所述多噴口的布風機構(9)為斜噴嘴送風與V型導流室組合配置，由斜噴嘴(19)、V型導流室(22)、噴口(20)、密封底板(21)組成，密封底板(21)沿環向設置多個噴口(20)，每個噴口(20)下面設置斜噴嘴(19)，每個噴口(20)與其上面設置的兩塊導流板(18)構成一個獨立的V型導流室(22)。
3.根據權利要求1的配置環向多噴口布風機構的環形噴動床，其特征在于所述多噴口的布風機構(9)為八型噴嘴送風與V型導流室組合配置，由八型噴嘴(23)、V型導流室(22)、噴口(20)、密封底板(21)組成，在環形密封底板(21)上沿環向設置多個噴口(20)，每個噴口(20)下面設置八型噴嘴(23)，每個噴口(20)與其上面設置的兩塊導流板(18)構成一個獨立的V型導流室(22)。
4.根據權利要求1的配置環向多噴口布風機構的環形噴動床，其特征在于所述外圓筒(6)的直徑為200～2800mm，內圓筒(7)的直徑為100～2000mm。
5.根據權利要求2的配置環向多噴口布風機構的環形噴動床，其特征在于所述噴口(20)的噴口寬度d＝5～300mm，兩塊導流板(18)與密封底板(21)之間的夾角α、β＝40°～90°，斜噴嘴(19)的兩條邊與密封底板(21)之間的夾角θ1＝20°～90°，θ2＝20°～160°。
6.根據權利要求3的配置環向多噴口布風機構的環形噴動床，其特征在于所述噴口(20)的噴口寬度d＝5～300mm；兩塊導流板(18)與密封底板(21)之間的夾角α、β＝40°～90°，八型噴嘴(23)的兩條邊與密封底板(21)之間的夾角θ1＝θ2＝20°～90°。
7.根據權利要求2或3的配置環向多噴口布風機構的環形噴動床，其特征在于所述布風機構(9)還包括在環形密封底板(21)上設置的外錐體導流板(25)和內錐體導流板(24)，外錐體導流板(25)和內錐體導流板(24)之間的環形空間被均分成V型導流室(22)，外錐體導流板(25)與外圓筒(6)的夾角ψ1＝0～35°、內錐體導流板(24)與內圓筒(7)的夾角ψ2＝0～35°。
8.根據權利要求5或6的配置環向多噴口布風機構的環形噴動床，其特征在于所述噴口(20)為4～100個。
全文摘要
一種配置環向多噴口和V型導流室的環形噴動床，兩個以轉軸為中心的同心豎立圓筒構成環形空間，環形空間底部設置多噴口的布風機構，內圓筒下部設置過渡圓錐體與出料管連接，內圓筒上端設置旋轉錐形布料器，旋轉錐體布料器通過中心的轉軸與上端的電動機連接，布風機構下部為穩壓風室，物料通過給料管進入錐體布料器，增壓流體通過穩壓風室進入布風機構而噴入環形空間，內圓筒底部設置螺旋卸料器，轉抽上設有攪拌葉片。本發明結構緊湊，能獲得較高的間壁傳熱效果，流態化操作彈性范圍寬，加強了氣固換熱和顆粒混合速率，能有效防止顆粒在壁面的粘結，獨特的噴嘴與V型導流室組合配置的多噴口布風機構，有效地減小了壓損，提高了效能。
文檔編號B01J8/18GK1762569SQ20051002966
公開日2006年4月26日 申請日期2005年9月15日 優先權日2005年9月15日
發明者胡國新 申請人:上海交通大學