CN103353246A

CN103353246A - 粉粒体间壁式换热器

Info

Publication number: CN103353246A
Application number: CN2013102115594A
Authority: CN
Inventors: 刘凤霞; 刘志军; 魏炜; 代玉强; 胡大鹏; 许晓飞; 史启才
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2013-10-16

Abstract

一种粉粒体间壁式换热器，包括传热部分、进料部分、卸料部分和控制部分；传热部分由传热板束和壳体组成，多个传热板片组成传热板束；传热板片上设置流体的入口接管和出口接管，不锈钢板之间设置按一定规则排列的扰流件；进料部分中设置锥形内件进行布料，或采用多头加料、旋转加料等布料方式；卸料部分设置成百叶窗形式的内件或锥体，采用水平方向振动卸料方式或行星阀门卸料方式；控制部分对进入设备的粉粒体物料进料量和卸料量以及加热或冷却用流体的流量进行控制和调整。本发明避免了接触式换热所具有的限制，无需使用流化气体及其处理设备，降低运行成本和投资成本。

Description

粉粒体间壁式换热器

技术领域

本发明属于粉粒体物料换热传热技术领域，涉及一种对粉粒体物料加热、冷却和干燥的换热设备。

背景技术

目前，国内外工业上对粉粒体物料进行换热的方法有接触式换热和间壁式换热两种类型。

接触式换热的类型有流化床换热器，在流化床换热器中，粉粒体物料在气体作用下保持流化状态，同时对粉粒体物料进行加热或冷却，气体和粉粒体物料直接接触换热，传热性能好。但是若气体和粉粒体物料之间发生化学反应，则不能使用流化床换热器；因粒径较大或密度较大而流化困难的粉粒体物料也不能使用流化床换热器；流程较长、因需要大量气体进行流化而动力消耗比较大；尾气需要进行二次净化等。

非接触式换热设备有回转炉和板式换热技术装备。回转炉炉体为一长的钢质圆筒，通过圆筒的旋转和倾斜角度的配合，使粉粒体物料从圆筒一端进入，使之进行翻动、混合，同时粉粒体物料与筒壁处设置的夹层内或中心管内的热流体或冷流体进行间壁换热，之后粉粒体物料从另一端排出。回转炉工艺流程短，动力消耗比流化床换热器低，尾气只需一次净化，但是回转炉设备庞大，占地面积大；单位体积换热面积小；因为回转而结构比较复杂，维修困难；一次投资费用高。

板式换热技术装备是非接触式换热设备，中国实用新型专利CN2357303Y公开了一种粉粒体固体流间壁式换热器——波面板换热器，这种换热器是一种板式换热器，加热或冷却用流体与依靠重力向下流动的粉粒体物料进行间壁换热。加热或冷却用流体自下而上通过波面板的内流道，粉粒体物料自上而下通过多块波面板组成的外通道。这种换热器的传热元件波面板的加工有两种方式：

（1）将不锈钢板冲压成波面形状后，把两块波面形状的不锈钢板进行焊接，包括四周的缝焊和波面形状的钢板上波谷位置的点焊，以及板内加热或冷却用流体的进出口管的焊接。

（2）先将两块不锈钢板焊接，包括两块钢板四周的缝焊、两块钢板波谷位置的点焊、板内加热或冷却用流体的进出口管，然后通过焊接好的流体用进出口管，用水压或气压等方法，在焊在一起的不锈钢板内部充压，使不锈钢发生塑性变形而形成流体的通道。这种换热器采用的是间壁换热，避免了接触式换热所具有的限制；工艺流程短；单位体积的传热面积大；传热效率较高；无运动部件，动力消耗极少，操作费用低；设备紧凑，占地面积少；无需空气除湿设备和粉尘洗涤塔。缺点是加工工艺复杂，需要制作大型的专有胎具；需要大吨位的油压机。

发明内容

本发明提出了一种新型粉粒体间壁式换热器，属于非接触式换热设备，是一种板式换热技术装备。

本发明要解决的技术问题：提供一种结构合理，换热效果好，能对粉粒体物料进行间壁换热的粉粒体换热器。克服了接触式换热的缺点，避免了回转炉换热面积小、维修困难、占地面积大和投资费用高的缺点，解决了波面板换热器中波面板片加工工艺复杂的难题。

本发明解决技术问题所采取的技术方案：

一种粉粒体物料换热器，包括传热部分、进料部分、卸料部分和控制部分。

所述传热部分由传热板束和壳体组成，多个传热板片组成传热板束。传热板片由两块大小相同的不锈钢板四周进行焊接而成，传热板片上设置流体的入口接管和出口接管，不锈钢板之间设置按一定规则排列的扰流件，形成加热或冷却流体通道，增大流体的湍动程度，同时增加传热板片的强度。这种传热板片的加工不需进行压制，更易加工成型。根据粉粒体物料的流动特性和传热负荷，以及加热或冷却用流体的传热特性，可确定传热板片各个尺寸和传热板片间距。

进一步特征，粉粒体间壁式换热器的传热部分可以根据需要将传热板片设计成单板束或多板束形式，多板束结构采用上下排列方式，以优化设备的空间结构和尺寸。

所述进料部分中，设置锥形内件进行布料，也可采用多头加料、旋转加料等布料方式，保证粉粒体物料在换热器内的均匀分布。

所述卸料部分中，保证实现不同操作阶段的锁仓和整体流动卸料，设置成百叶窗形式的内件或锥体，采用水平方向振动卸料方式或行星阀门卸料方式。

所述控制部分，可根据粉粒体物料和加热或冷却流体的流量、料位和温度等信息，对进入设备的粉粒体物料进料量和卸料量以及加热或冷却用流体的流量进行控制和调整。

本发明的效果和优点在于：该换热器避免了接触式换热所具有的限制，无需考虑流化气体与和粉粒体物料之间的反应问题；无需考虑流化气体与粉粒体物料粒径匹配问题；避免了尾气二次净化问题；无需使用流化气体及其处理设备，降低了动力消耗，降低了运行成本和投资成本。该换热器避免了回转炉工艺设备庞大，占地面积大，结构比较复杂，维修困难，单位体积换热面积小，一次投资费用高等缺点；该换热器工艺流程短；单位体积的传热面积大；传热效率较高；设备紧凑，占地面积少；无需空气除湿设备和粉尘洗涤塔等优点。无运动部件，动力消耗极少（加热或冷却用流体的输送），简化了设备运行操作和检修的难度，降低了操作运行和维护费用；传热板片作为换热元件，实现了模块化设计，可以对单块传热板片进行封堵、拆除和更换，检修方便；传热板片的间距可根据不同粉粒体物料的流动特征进行调整，传热板片的大小可根据加热或冷却用流体的特性进行设置。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

图1是粉粒体物料单板束板式换热器主视图。

图2是粉粒体物料单板束板式换热器侧视图。

图3是粉粒体物料多板束板式换热器主视图。

图4是粉粒体物料多板束板式换热器侧视图。

图5是单个传热板片结构示意图。

图6是单个传热板片A-A剖视图。

图7是图6中I放大图。

图8是粉粒体物料侧加分布结构的单个传热板片结构示意图。

图9是粉粒体物料侧加分布结构的单个传热板片A-A剖视图。

图10是图9中I放大图。

图中：

I进料部件；II传热部件；III卸料部件；IV控制系统。

1粉粒体物料出口； 2 卸料装置壳体； 3 锁仓器； 4 软连接；5 加热或冷却用流体入口； 6 流体入口总管； 7壳体； 8传热板束； 9 流体出口总管； 10 加热或冷却用流体出口； 11 布料器； 12 进料装置壳体； 13 粉粒体物料入口； 14 粉粒体物料料位计； 15 温度传感器； 16 振动电机； 17 控制器； 18 设备支座。

8-1加热或冷却用流体入口接管；8-2加热或冷却用流体出口接管；8-3 不锈钢板；8-4扰流件； 8-5 折流条； 8-6 粉粒体物料侧扰流件。

具体实施方式

如附图1、2和3、4所示，该换热器自上而下有进料部件I、传热部件II、卸料部件III，控制系统IV，共四部分组成。进料部件I设置有粉粒体物料布料器11、壳体12、粉粒体物料入口13、粉粒体物料料位计14和温度传感器15；传热部件II设置有加热或冷却用流体入口管5、加热或冷却用流体入口总管6、壳体7、传热板束8、加热或冷却用流体出口总管9、加热或冷却用流体出口管10、温度传感器15和设备支座18；卸料部件III设置有粉粒体物料出口1、卸料装置壳体2、锁仓器3、软连接4和振动电机16；控制系统IV根据粉粒体物料料位计14、温度传感器15以及加热或冷却用流体流量和进出口温度调整振动电机16的频率和振幅。

如附图5、6和7所示，构成加热或冷却用流体通道的传热板片由两块大小相同的不锈钢板8-3组成，四周进行焊接，并设置流体的入口接管8-1和出口接管8-2，通道内部设置扰流件8-4，一方面增大流体的湍动程度，另一方面可以增加传热板片的强度，这种板式传热元件的加工不需进行压制，更易加工成型。传热板片尺寸范围为200mm×200mm至5000mm×5000mm，传热板片用钢板厚度可根据换热器的操作压力进行设计，厚度范围从0.1mm至10mm，传热板片的厚度范围在5mm至60mm之间。扰流件8-4可以制作成圆柱体、椭圆柱体、菱形柱体等形式，扰流件尺寸范围由5mm至50mm。扰流件8-4的排列方式可以是三角形排列和正方形排列，间距变化范围由到20mm至300mm。视传热板片尺寸可在通道内特定位置设置折流板以使流体分布更好。

如附图8、9和10所示，传热板片的外侧可以设置粉粒体物料的扰流件8-6，按照一定规则排布，改变粉粒体物料的流动轨迹，从而强化热量传递，扰流件的形状可以是圆柱体、椭圆柱体、角钢或由两个扁钢按一定角度组制的扰流件，其方向为上小下大，扰流件从上向下交错布置，扰流件的尺寸范围由10mm至100mm，扰流件的设置原则是使粉粒体物料易于流动。扰流件的长度和板片间距相配合。

组成传热板束8的传热板片等间距排布，其间距范围为10mm-200mm，即保证粉粒体物料不架桥不结拱，又保证粉粒体物料的换热效果；根据粉粒体物料的处理量和加热或冷却用流体的流量确定换热面积，确定优化的传热板片尺寸，根据板片数量和板片间距，优化设计传热板束，板束可为单板束（如图1和2），也可以是多板束（如图3和4），多板束时，层间板片可以并行布置，也可以交错布置，优化设计是交错布置。板束的层间距离为10mm至1000mm，以防止粉粒体物料堵塞，并满足空间排布需求。加热或冷却用流体通道可根据热负荷设计成每层单独通入的并联结构，或采用由下而上的串联结构。

在换热器中，粉粒体物料由进料装置上方设置的粉粒体物料入口13进入进料部件I，进料部件I的布料器11的作用下，使粉粒体物料依靠重力流动时在换热器中布料均匀。粉粒体物料进入传热部件II，粉粒体物料与传热板片内部由下而上流动的流体进行换热。换热之后的粉粒体物料进入卸料部件III，并经由粉粒体物料出口1排出换热器，卸料部件III按照整体流动形式进行设计。

控制系统IV根据粉粒体物料料位计14、温度传感器15以及加热或冷却用流体流量和进出口温度信号，调整振动电机16的频率和振幅，控制粉粒体物料在换热器中均匀流动，保证足够的停留时间和处理量。振动电机工作时，频率越大，粉粒体物料的流速越大。

进料装置的设计应根据具体粉粒体物料的特性进行设计，除了上述布料器的结构，还可设计成多头加料等结构。按照整体流动设计的卸料装置，除了上述形式之外，还可以是带式卸料、螺旋卸料、叶轮卸料等形式。

Claims

1.一种粉粒体物料换热器，包括传热部分、进料部分、卸料部分和控制部分；其特征在于，

所述的传热部分由传热板束和壳体组成，多个传热板片组成传热板束；传热板片由两块大小相同的不锈钢板四周进行焊接而成；传热板片上设置流体的入口接管和出口接管，不锈钢板之间设置按一定规则排列的扰流件，形成加热或冷却流体通道；

所述的进料部分中，设置锥形内件进行布料，或采用多头加料、旋转加料等布料方式；

所述的卸料部分，设置成百叶窗形式的内件或锥体，采用水平方向振动卸料方式或行星阀门卸料方式；

所述的控制部分，根据粉粒体物料和加热或冷却流体的流量、料位和温度等信息，对进入设备的粉粒体物料进料量和卸料量以及加热或冷却用流体的流量进行控制和调整。

2.根据权利要求1所述的粉粒体物料换热器，其特征在于，所述的传热部分根据需要将传热板片设计成单板束或多板束形式，多板束结构采用上下排列方式。

3.根据权利要求1或2所述的粉粒体物料换热器，其特征在于，传热板片内的扰流件制作成圆柱体、椭圆柱体或菱形柱体，扰流件尺寸范围由5mm至50mm。

4.根据权利要求3所述的粉粒体物料换热器，其特征在于，传热板片内的扰流件制作成圆柱体、椭圆柱体或菱形柱体，扰流件尺寸范围由5mm至50mm。

5.根据权利要求1、2或4所述的粉粒体物料换热器，其特征在于，传热板片内的扰流件8-4的排列方式是三角形排列和正方形排列，间距变化范围由到20mm至300mm。

6.根据权利要求3所述的粉粒体物料换热器，其特征在于，传热板片内的扰流件8-4的排列方式是三角形排列和正方形排列，间距变化范围由到20mm至300mm。

7.根据权利要求1、2、4或6所述的粉粒体物料换热器，其特征在于，传热板片的外侧设置粉粒体物料的扰流件8-6，改变粉粒体物料的流动轨迹，使粉粒体物料易于流动强化热量传递，扰流件的形状是圆柱体、椭圆柱体、角钢或由两个扁钢按一定角度组制的扰流件，其方向为上小下大，扰流件从上向下交错布置，扰流件的尺寸范围由10mm至100mm。

8.根据权利要求3所述的粉粒体物料换热器，其特征在于，传热板片的外侧设置粉粒体物料的扰流件8-6，改变粉粒体物料的流动轨迹，使粉粒体物料易于流动强化热量传递，扰流件的形状是圆柱体、椭圆柱体、角钢或由两个扁钢按一定角度组制的扰流件，其方向为上小下大，扰流件从上向下交错布置，扰流件的尺寸范围由10mm至100mm。

9.根据权利要求5所述的粉粒体物料换热器，其特征在于，传热板片的外侧设置粉粒体物料的扰流件8-6，改变粉粒体物料的流动轨迹，使粉粒体物料易于流动强化热量传递，扰流件的形状是圆柱体、椭圆柱体、角钢或由两个扁钢按一定角度组制的扰流件，其方向为上小下大，扰流件从上向下交错布置，扰流件的尺寸范围由10mm至100mm。

10.根据权利要求10所述的粉粒体物料换热器，其特征在于，多板束时，层间板片并行布置或交错布置。