[发明专利]一种半锥形下降段循环流化床

说明书

技术领域

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

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。

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。

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GeldartD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

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。

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。

所述下降段底部的半锥形呈下窄上宽，上下宽度之比n满足1<n<20，进 一步优选为2～10。

所述下降段底部的半锥形呈轴向非对称分布。

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0.01～1，进一步 优选为0.1～0.5。

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)。

所述下降段底部的半锥形起始位置距下降段底部距离为0～(L-a)，a为半锥形 高度，进一步优选为0～0.1L。

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：