多相流化床换热器流固分布装置发展现状
责任编辑：chineselng 浏览：5179次 时间： 2008-04-05 18:19:59
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摘要:多相流化床换热器流固分布装置发展现状孙姣一张少峰(河北工业大学)摘要:对多相流化床换热器流固分布装置的发展情况进行了综合分析，为进一步优化流化床换热器流固分布装置，使流化床换热器更好地传热和防垢、除垢。提供了有益的参考。关键词:流化床换热器分布装置颗..
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多相流化床换热器流固分布装置发展现状 孙姣一 张少峰 (河北工业大学) 摘要:对多相流化床换热器流固分布装置的发展情况进行了综合分析，为进一步优化流化床换热器流固分布装置，使流化床换热器更好地传热和防垢、除垢。提供了有益的参考。 关键词:流化床 换热器 分布装置 颗粒 三相床 0 前言 多相流化床换热器是在传统换热器的基础上引入惰性气体或固体颗粒并实现固体颗粒的分离和再循环。在影响多相流化床换热器设计和放大的诸多因素中，固体颗粒在床内的行为(颗粒在床内的径向分布、速度分布、相含率等)被认为是重要的因素之一。这是因为固体颗粒的行为会影响换热器内的流体力学性质、传热系数以及垢层的形成和去除等。因此，多相流化床换热器设计和运行的关键之一就是使换热设备中数量众多的上升管中的工况尽可能一致，同时上升管和循环管的结构和阻力要合适，这样才能实现有效可靠的颗粒循环。要使固体粒子均匀分布，避免无颗粒或颗粒较少的管内结垢而影响正常运行，就需要在物料人口处设置气液和颗粒分布装置。为此，研究者开发了多种不同结构的流化床换热器和不同形式的分布装置。 1 气体分布器 流体分布器的类型多种多样，常见的有单层多孔板、错迭多孔板、凹形或碟状多孔板、凸形多孔板、锥帽和泡罩型分布板，工业上一般采用锥帽和泡罩型分布板。流体分布板对流化质量的影响很大。根据板孔数量的不同，可将分布板分为单孔板、多孔板和密孔板。有关研究证实，采用密孔板能使流体与固体颗粒之间接触良好，对流化质量有利。但在工业设备中要考虑到这种高压降分布板所消耗的动力，并从经济上予以比较。一般认为，分布板的安装高度限于一定值，超过某一安装高度，分布板的作用就消失了。 在气固流化床中，气体分布板的发展已经很完善。工业生产用的气体分布板的形式有很多种，主要有直流式、侧流式和填充式分布板以及无分布板的旋流式喷嘴，另外还有一种短管式分布板。 (1)直流式分布板 直流式分布板如图l所示，其结构简单，易于设计和制造。但也存在一些缺点：气流方向正对床层，易使床层形成沟流，小孔易堵塞，停车时又易漏料。因此，除特殊情况外，一般不使用直流式分布板。石油催化裂化的流化床反应器，由于催化剂粒子与气流同时通过分布板，常用直流式凹形筛板。这种凹形筛板能够承受催化剂重荷和热应力。由于鼓泡和沟流主要发生在流化床的中心部分，凹形筛板有助于抵消或减缓鼓泡和沟流现象。  (2)侧流式分布板 侧流式分布板如图2所示，侧流式分布板在分布板的孔中装有锥形风帽(或锥帽)，气流从锥帽底部的侧缝或锥帽四周的侧孔流出。目前这种带锥帽的分布板应用最广，效果也较好。其中侧缝式锥帽采用尤多，它具有下列优点：固体颗粒不会在锥帽顶部堆成死床，改善了床层的流化质量；气体紧贴分布板面从侧缝吹出而进入床层，在板面上形成一层“气垫”，使颗粒不能停留在板面上，这就消除了在板面上形成死床和发生烧结的现象。  (3)填充式分布板 填充式分布板如图3所示，填充式分布板是在直孔筛板或栅板和金属丝网上间隔地铺上卵石一石英砂一卵石。该分布板结构简单，能达到均匀布气的要求，因而具有较好的流化质量。  (4)无分布板的旋流式喷嘴 无分布板的旋流式喷嘴如图4所示，气体通过六个向上倾斜l0。的喷嘴喷出。该喷嘴常用于流化床煤气发生器，一般应用于对气体产品要求不高的粗粒流化床。  (5)短管式分布板 短管式分布板是近年来国外采用的一种分布板形式。在整个分布板上，均匀地设置了若干根短管，每根短管下部有一个气体流人的小孔。短管及其下部的小孔起着整流的作用，即防止气体涡流以达到均匀布气，并使流化床操作稳定。短管不应过短，否则起不到应有的整流作用。小孔尺寸和开孔率的大小在于保证足够的气速，以防止催化剂漏到分布板下方。赵明举等 还设计了应用于内循环流化床的不均匀布风分布板，如图5所示。这种分布板有两个不同开孔率的区域，中部为低开孔率区，运行时呈移动床状态；周围为高开孔率区，运行时呈流态化状态。两种状态共同作用，实现物料在床内的内部循环。 上述这些气体分布板用于气固流化床中，可起到支承固体颗粒和均匀布气的作用，依靠气体分布板可以创造一个良好的起始流化条件并将此稳定地保持下去。气体分布板已在工业中得到广泛的应用。  2 固液分布器 在液固流化床换热器中颗粒分布板的设计研究还很不完善。在国外的许多研究中，都设计出了颗粒循环和分布装置。但由于该项技术的保密性，有关颗粒循环和分布装置的详细设计还未见文献报道，而且在国外其所应用的工业领域也不宽。 D．G．Klaren_j 首先采用多孔板作为液体和颗粒分布板，随后又设计了一种固体颗粒分布板，使固体颗粒和流体在换热器管箱中接触、流化并均匀混合，经分布板后进入换热器管束。但没有分布板的具体结构和分布性能的实验数据发表，只是说明在采用固体颗粒分布板后，固体颗粒的防、除垢能力和传热系数都有明显提高 。 在国内，叶施仁等 对液固流态化换热器的结构进行改进，在下管箱内增加一块开孔率较低的筛板作为分布器，流体介质流经小孔能获得较高的流速，使沉积在筛板上的粒子能均匀地流化起来。叶施仁等还指出：孔板开孔率愈大，筛板两侧的压差△JP就愈小；流体介质流速愈大，△JP也愈大； △JP通常为4～8kPa；开孔率 控制在5％ ～15％ 的范围较适合，开孔率 不能太大，否则会影响下管箱内颗粒的流化质量；实验表明，孔径Φ4mm和Φ5mm都可以满足要求，且孔板与循环管之问的距离在75mm～90mm之间为宜。 刘吉普、吴金香等 对管程内循环液固流态化换热器进行研究。开发了两种不同形式的分布板：筛孔结构式分布板和泡罩结构式分布板，如图6和图7所示。  (1)筛孔结构式分布板 筛孔结构式分布板上均布许多筛孔，孔径是固体粒子的l～3倍。分布板上对应于下降管管口下方位置大于下降管内径的区域不开孔，并安装与底部相通的、在侧面成水平或稍向上倾斜的开有导砂孔的导流件。这样可减小由底部进入的液体对循环下降管管口的冲击力，使进入的液体通过导流件上的导砂孔喷出，有效地加快了固体粒子的回送。 (2)泡罩结构式分布板 泡罩结构式分布板的边缘做成锯齿形，泡罩直径为该泡罩应负担的分布板当量圆直径的0．5～0．75倍，在泡罩上对应于下降管口稍大于下降管外径的圆周上，开若干导砂孔。由于泡罩的作用，使液固流态化沸腾且相当激烈。此时应在下降管管口与上升管管口之间的横截面上安装使液固流态化均匀稳定的均布板，均布板上设置孔径大于固体粒子3倍粒径以上的孔。当管程液体含有堵塞筛孔结构式分布板上筛孔的杂物时，或者可能在筛孔上结垢引起堵塞时，可采用泡罩结构式分布板。 为了减小液固流化床中的液相返混，胡新辉、朱家骅 提出了采用变孔径分布板来改善液速的非均匀分布。后来，贾丽云等 l。。又设计出三种多孔板，用于液固循环流化床作为颗粒分布器，并进行了初步研究。结果表明，多孔板的面积与进口段面积之比越大，固体颗粒分布的不均匀度就越小，但床层粒子浓度也 变小 3 三相床中的分布器 为解决气液固流化床反应器中的气液分布不均匀的问题，国外Dong Hyun Lee等¨‘。在一个直径为127mm的三相循环流化床中，对其内部的气液分布装置进行了初步的研究，如图8所示，考察了分布板局部开孔率和分布板下气液预混合程度对相含率和全床气液分布不均匀度的影响。实验以直径3．3mm的聚合体颗粒和直径3．7mm 的玻璃珠(密度分别为1280kg／m 和25lOkg／m )作为固相，水和空气分别作为液相和气相，除了对一种具有相同气液分布比的分布板进行研究外，还考察了六种具有不同气液分布比的分布板。在低气体流量下，安装不同分布板时，空隙率基本相似。但是，在高气速下分布板的几何形状对空隙率的影响就很明显，尤其对于密度小的颗粒影响更为严重，这可能是由于气液分布板的加入使气液循环量增大的缘故。安装相同气液分布比的分布板与安装不同分布比的分布板相比，全床空隙率要高，除非后者产生更小的气泡。 清华大学杨卫国等l1 用管式气液分布器来实现气液固流化床中的气液分布，如图9所示。水分两路引入床中：主水由塔底进入，经管式分布器均匀分布后用于流化颗粒；二次水从塔侧部引入，经板式分布器均布后用来改变固相人口阻力，从而调节颗粒的循环量。   迄今为止，研究者已开发了多种应用于流化床换热器的流固分布器。气体分布器的发展已进入成熟阶段，但由于技术保密等原因，尚未见到关于气液固三相流化床换热器颗粒分布装置的详细报道。为进一步提高流化床换热器的换热和防、除垢质量，需要优化配置流固分布器，使气液固在床体中更好地均匀分布，这将是一个长久的探讨课题。 参考文献 1.郭宜祜，王喜忠，流化床基本原理及其工业应用[M]，北京：化学工业出版社，1980， 2.赵明举，曹青，宋旗跃，等，不均匀布风的内循环流化床特性研究[J]，煤炭转化，2002，25(4)，50～53． |
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