CN104697371B - 一种大型箱式高温物料换热器 - Google Patents

Abstract

一种大型箱式高温物料换热器，属于高温固体物料冷却设备领域。其特征在于：包括自上向下依次设置的水冷箱盖（2）、换热箱（6）和收口型料斗，水冷箱盖（2）的箱壁设有水冷夹套，换热箱（6）和收口型料斗的箱壁设有端部水腔和/或侧面水腔，水冷箱盖（2）、换热箱（6）和收口型料斗的腔内均设有多条换热管道；所述的水冷箱盖（2）上部开设进料口（1），水冷箱盖（2）内设有可输送并冷却物料的水冷螺旋布料器（3）；所述的收口型料斗多组并排设置，收口型料斗底部出口安装叶轮卸料阀（8）。该大型箱式高温物料换热器物料冷却量大、能耗低、换热部件磨损较少、使用寿命长。

Description

一种大型箱式高温物料换热器

技术领域

一种大型箱式高温物料换热器，属于高温固体物料冷却设备领域，主要用于小颗粒状和粉状高温物料的集中密闭冷却及余热回收。

背景技术

工业生产中有许多高温固体物料需要冷却，例如循环流化床排出的灰渣、石油焦煅烧形成的煅后焦、低温干流生产的兰炭、粉煤热解形成的粉焦等。现有的高温固体冷却设备主要有冷渣机和一些专用换热器。冷渣机可分为滚筒式、振动箱体式和转盘式，其共同特点是换热部件和物料都在机械动力作用下运动并换热，能耗比较高；由于换热部件与物料直接摩擦接触，容易磨损，导致冷却介质泄漏，降低了冷渣机的使用寿命。专利文件ZL200810139761.X公开了一种石油焦罐式煅烧炉冷却水套，在罐式煅烧炉的每个排料口下面布置一个冷却水套，采用用于围成高温物料通道的一级换热装置和位于高温物料通道中心的二级换热装置同时对高温物料进行冷却。该冷却水套的一级换热装置和二级换热装置固定不动，物料在冷却通道内依靠重力从上向下流动。实践证明该冷却水套的换热部件磨损较少，使用寿命长。但是由于固体物料流动性较差，存在着堆积角，在有限高度内换热器流动截面不能太大，因而每个换热器的物料冷却量比较小。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种物料冷却量大、能耗低、换热部件磨损较少、使用寿命长的大型箱式高温物料换热器，用于小颗粒状和粉状高温物料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该大型箱式高温物料换热器，包括自上向下依次设置的水冷箱盖、换热箱和收口型料斗，水冷箱盖的箱壁设有水冷夹套，换热箱和收口型料斗的箱壁设有端部水腔和/或侧面水腔，水冷箱盖、换热箱和收口型料斗的腔内均设有多条换热管道；物料依次受到换热管道的多级冷却，水冷夹套、端部水腔和侧面水腔也对物料进行冷却，物料冷却强度大、冷却均匀。

所述的水冷箱盖上部开设进料口，水冷箱盖内设有可输送并冷却物料的水冷螺旋布料器；当物料进入水冷箱盖后，在水冷螺旋布料器的水冷螺旋体的旋转推动下，物料可以沿水冷螺旋体轴线移动，均匀充满水冷箱盖和换热箱的内腔。

所述的收口型料斗多组并排设置，收口型料斗底部出口安装叶轮卸料阀。通过调整叶轮卸料阀的转速，可以控制换热器的排料量，实现连续均匀排料。

优选的，所述的水冷箱盖由内套板、外套板、两个端板和箱盖法兰板构成，内套板弯曲成倒U型或倒V型，内套板的两个端部分别设有端板，下端设有箱盖法兰板，内套板、两个端板和箱盖法兰板一起构成一个下部敞口的容腔，容腔内安装换热管道和水冷螺旋布料器；内套板外侧设有外套板，内套板、外套板和箱盖法兰板一起构成一个密闭的水冷夹套，进料口穿过外套板和内套板与所述的容腔相连通。

所述的水冷箱盖内的换热管道为进水母管和箱盖进水管，进水母管位于水冷螺旋布料器正下方的容腔内且轴线与水冷螺旋布料器的轴线平行；箱盖进水管有多个，分别均匀位于进水母管的两侧，每个箱盖进水管的一端与进水母管固定连接并连通，另一端与水冷夹套相连通。箱盖进水管和进水母管在为水冷夹套供水时，也会对物料进行冷却。

优选的，所述的进水母管和箱盖进水管有多组，上下布置在水冷箱盖的容腔内，以强化对物料的冷却。

所述的水冷螺旋布料器包括水冷螺旋体，水冷螺旋体的轴线与水冷箱盖的长度方向一致。

优选的，所述的水冷螺旋布料器还包括旋转水接头、动力输入轴和两个法兰盖板，水冷螺旋体为空心轴结构，水冷螺旋体一端穿过法兰盖板后与旋转水接头连接并相通，水冷螺旋体另一端与动力输入轴紧固连接，动力输入轴穿过法兰盖板并伸到水冷箱盖外部，两个法兰盖板分别与两个端板紧固连接。水冷螺旋体在旋转推动物料移动时，其轴管和螺旋叶片对物料起到冷却作用。

所述的换热箱为由两端的两个内端板和两侧的两个内侧板围成的四周密闭的长方形壳体，所述的长方形壳体上端设有换热箱上法兰，长方形壳体下端设有由两个内侧板和2N个斜封板构成的N个收口型料斗，在每个收口型料斗的下端分别设置一个换热箱下法兰，在两个内端板的外侧分别设有一个外端板，两个外端板、两个内端板和换热箱上法兰一起构成两个密闭的端部水腔，在两个内侧板的外侧分别设有一个外侧板，两个外侧板、两个内侧板、2N个斜封板、换热箱上法兰、换热箱下法兰一起构成两个密闭的侧面水腔，换热箱和收口型料斗内均匀设有多组换热管道。

所述的换热箱内的换热管道包括多排第一换热管和第二换热管，收口型料斗内的换热管道包括多排第二换热管，第一换热管的两端分别与两个内端板固定连接并与两个所述端部水腔相连通，第二换热管的两端分别与两个内侧板固定连接并与两个所述侧面水腔相连通，在一个端部水腔和侧面水腔的下部分别设有换热箱进水管，在另一个端部水腔和侧面水腔的上部分别设有换热箱出水管。

优选的，所述的换热箱的长方形壳体内设有N-1个内隔板，将换热箱沿长度方向均匀分成N部分，每个第一换热管都穿过内隔板的孔后与两个端部水腔相连通。内隔板用以支撑第一换热管和两个内侧板，同时吸收物料的热量并传给第一换热管和侧面水腔。

第一换热管末段设置一个U型弯曲部分，用于补偿第一换热管的受热膨胀。

第一换热管的轴线与第二换热管的轴线垂直。强化对物料的均匀冷却。

优选的，法兰盖板与端板之间设有第一密封垫，箱盖法兰板与换热箱上法兰之间设有第二密封垫，换热箱下法兰与叶轮卸料阀的法兰之间设有第三密封垫。

与现有技术相比，该大型箱式高温物料换热器的上述技术方案所具有的有益效果是：

1、克服颗粒状固体物料的流动性差，存在堆积角的问题，增大换热箱的物料流动截面积，提高单个换热器的物料冷却量：本发明设有水冷螺旋布料器，当物料进入水冷箱盖后，在水冷螺旋布料器水冷螺旋体的旋转推动下沿水冷螺旋体轴线移动，均匀充满水冷箱盖和换热箱的内腔，因而可以有效增大换热箱的物料流动截面积，提高单个换热器的物料冷却量，减少换热器数量，简化物料冷却系统管路，减小物料冷却系统占地面积。

2、克服颗粒状固体物料的传热热阻大，难以有效冷却的问题，强化换热效果，冷却均匀：物料进入水冷箱盖后，依次受到水冷螺旋体、箱盖进水管和进水母管、第一换热管和第二换热管的多级冷却，水冷箱盖的水冷夹套、换热箱的侧面水腔和端部水腔也会对物料进行冷却，同时第一换热管和第二换热管垂直交叉强化了换热效果，因而该换热器的物料冷却强度大、冷却均匀。

3、物料进入水冷箱盖后，依靠重力在换热器内向下流动，物料与换热元件之间的摩擦力较小，换热元件磨损轻，可以有效提高整个换热器的使用寿命，同时，整个换热器的动力消耗也比较低。

4、通过调整叶轮卸料阀的转速，可以控制换热器的排料量，实现连续均匀排料。

5、该换热器的整体密封性较好，实现了物料密闭冷却，解决了一些高温物料遇空气发生自燃或氧化的问题。

6、采用多个叶轮卸料阀进行多点排料，是物料在换热器内均匀下落，物料冷却均匀。

附图说明

图1为该大型箱体式高温物料换热器实施例1的结构剖面图。

图2为图1的A-A处剖面图。

图3为该大型箱体式高温物料换热器实施例2的结构剖面图。

其中：1、进料口2、水冷箱盖3、水冷螺旋布料器4、第一密封垫5、第二密封垫6、换热箱7、第三密封垫8、叶轮卸料阀

201、外套板202、内套板203、端板204、箱盖法兰板205、箱盖进水管206、进水母管207、箱盖出水管301、水冷螺旋体302、法兰盖板303、第一轴承座总成304、旋转水接头305、铰制螺栓306、螺母307、第二轴承座总成308、动力输入轴601、内端板602、外端板603、第一换热管604、斜封板605、第二换热管606、换热箱下法兰607、内隔板608、换热箱进水管609、换热箱出水管610、换热箱上法兰611、内侧板612、外侧板。

具体实施方式

图1~3是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~3对本发明做进一步说明。

实施例1：参照图1-2，该大型箱式高温物料换热器由进料口1、水冷箱盖2、水冷螺旋布料器3、换热箱6和叶轮卸料阀8构成。换热箱6为由两端的两个内端板601和两侧的两个内侧板611围成一个四周密闭的长方形壳体。长方形壳体的上端设有换热箱上法兰610，下端设有由两个内侧板611和六个斜封板604构成的三个收口型料斗，在每个收口型料斗的下端分别设置一个换热箱下法兰606。在两个内端板601的外侧分别设有一个外端板602，两个外端板602、两个内端板601和换热箱上法兰610一起构成两个密闭的端部水腔。在两个内侧板611的外侧分别设有一个外侧板612，两个外侧板612、两个内侧板611、六个斜封板604、换热箱上法兰610、换热箱下法兰606一起构成两个密闭的侧面水腔。在长方形壳体内均匀设有六排第一换热管603，第一换热管603的两端分别与两个内端板601固定连接并与两个端部水腔相连通。在每个收口型料斗内均匀设有五排第二换热管605，第二换热管605的两端分别与两个内侧板611固定连接并与两个侧面水腔相连通。在一个端部水腔和侧面水腔的下部分别设有换热箱进水管608，在另一个端部水腔和侧面水腔的上部分别设有换热箱出水管609。

在换热箱的长方形壳体内也设有三列第二换热管605，第二换热管605的两端分别与两个内侧板611固定连接并与两个侧面水腔相连通，以保证两个侧面水腔内的水均匀流动。在换热箱的长方形壳体内还设有两个内隔板607，将换热箱沿长度方向均匀分成三部分，每个第一换热管603都穿过内隔板607的孔后与两个端部水腔相连通。内隔板607用以支撑第一换热管603和两个内侧板611，同时吸收物料的热量并传给第一换热管603和侧面水腔。第一换热管603的末段都设置一个U型弯曲部分，用于补偿第一换热管603的受热膨胀。

水冷箱盖2位于换热箱6的上面，由内套板202、外套板201、两个端板203和箱盖法兰板204构成。内套板202弯曲成倒U型或倒V型，两个端部分别设有端板203，下端设有箱盖法兰板204。内套板202、两个端板203和箱盖法兰板204一起构成一个下部敞口的容腔。内套板202外侧设有外套板201，内套板202、外套板201和箱盖法兰板204一起构成一个密闭的水冷夹套。在水冷夹套下部设有箱盖进水管205，上部设有箱盖出水管207。箱盖法兰板204与换热箱上法兰610紧固连接，之间设有第二密封垫5用以密封。水冷箱盖2的顶部中间位置设有进料口1，进料口1的侧板穿过外套板201和内套板202与容腔相连通。

水冷箱盖2还包括进水母管206。箱盖进水管205有多个，分别均匀位于进水母管206的两侧，每个箱盖进水管205的一端与进水母管206固定连接并连通，另一端与内套板202固定连接并与水冷夹套相连通。进水母管206和箱盖进水管205有两组，上下布置在水冷箱盖2的容腔内。箱盖进水管205和进水母管206在为水冷夹套供水时，也会对物料进行冷却。

水冷螺旋布料器3包含一个水冷螺旋体301、旋转水接头304、动力输入轴308、两个法兰盖板302、第一轴承座总成303和第二轴承座总成307。水冷螺旋体301位于水冷箱盖2的容腔内，且水冷螺旋体301的轴线与水冷箱盖2的长度方向一致。水冷螺旋体301为空心轴结构，一端穿过法兰盖板302和第一轴承座总成303后与旋转水接头304连接并相通，另一端通过铰制螺栓305和螺母306与动力输入轴308紧固连接。水冷螺旋体301的螺旋叶片从中部分开，且中部两侧螺旋叶片的旋向相反。当水冷螺旋体301转动时，将物料向两端方向推动。动力输入轴308穿过法兰盖板302伸到水冷箱盖2的外部，并用第二轴承座总成307支撑。水冷箱盖2的两个端板203上设有孔，方便安装与固定水冷螺旋布料器3。两个法兰盖板302分别与两个端板203紧固连接，之间用第一密封垫4来密封。水冷螺旋体301在旋转推动物料移动时，其轴管和螺旋叶片对物料也起到冷却作用。

在每个收口型料斗的下面设置一个叶轮卸料阀8，共设有三个叶轮卸料阀8。换热箱下法兰606通过螺栓与叶轮卸料阀8的法兰连接，之间用第三密封垫7来密封。叶轮卸料阀8用来控制排料量，通过调整叶轮卸料阀8的转速可以实现连续均匀排料。设置三个叶轮卸料阀8的目的是使换热箱6内的物料向下均匀流动。

工作过程：水冷螺旋布料器3的水冷螺旋体301在其驱动装置的驱动下转动，叶轮卸料阀8的叶轮也在其驱动装置的驱动下转动。物料从进料口1进入水冷箱盖2的中部，在水冷螺旋体301的螺旋叶片的旋转推动下同时向水冷箱盖2的两端移动，同时依靠重力向下移动，使物料均匀充满换热箱6。在移动过程中，物料同时与水冷箱盖2水冷夹套内的水和水冷螺旋体301内的水进行换热而降温。物料经过箱盖进水管205和进水母管206的区域时，与箱盖进水管205和进水母管206的水进行换热继续降温。当物料进入换热箱6内后，与第一换热管603、第二换热管605、端部水腔和侧面水箱内的进行换热继续降温。当物料进入收口型料斗内后，与第二换热管605和侧面水箱内的进行换热，再进一步降温。降温后的物料经过叶轮卸料阀8排出。

实施例2：参照图3，本实施例与实施例1的区别在于：该大型箱式高温物料换热器的进料口1位于水冷箱盖2的一端；水冷螺旋体301的螺旋叶片都为一个旋向。工作时，物料从进料口1进入水冷箱盖2内的一端，然后在水冷螺旋体301的螺旋叶片的旋转推动下向水冷箱盖2的另一端移动，同时依靠重力向下移动，使物料均匀充满换热箱6。其余均与实施例1相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种大型箱式高温物料换热器，其特征在于：包括自上向下依次设置的水冷箱盖（2）、换热箱（6）和收口型料斗，水冷箱盖（2）的箱壁设有水冷夹套，换热箱（6）和收口型料斗的箱壁设有端部水腔和/或侧面水腔，水冷箱盖（2）、换热箱（6）和收口型料斗的腔内均设有多条换热管道；

所述的水冷箱盖（2）上部开设进料口（1），水冷箱盖（2）内设有可输送并冷却物料的水冷螺旋布料器（3）；

所述的收口型料斗多组并排设置，收口型料斗底部出口安装叶轮卸料阀（8）；

所述的水冷箱盖（2）内的换热管道为进水母管（206）和箱盖进水管（205），进水母管（206）位于水冷螺旋布料器（3）正下方的容腔内且轴线与水冷螺旋布料器（3）的轴线平行；箱盖进水管（205）有多个，分别均匀位于进水母管（206）的两侧，每个箱盖进水管（205）的一端与进水母管（206）固定连接并连通，另一端与水冷夹套相连通。

2.根据权利要求1所述的一种大型箱式高温物料换热器，其特征在于：所述的水冷箱盖（2）由内套板（202）、外套板（201）、两个端板（203）和箱盖法兰板（204）构成，内套板（202）弯曲成倒U型或倒V型，内套板（202）的两个端部分别设有端板（203），下端设有箱盖法兰板（204），内套板（202）、两个端板（203）和箱盖法兰板（204）一起构成一个下部敞口的容腔，容腔内安装换热管道和水冷螺旋布料器（3）；内套板（202）外侧设有外套板（201），内套板（202）、外套板（201）和箱盖法兰板（204）一起构成一个密闭的水冷夹套，进料口（1）穿过外套板（201）和内套板（202）与所述的容腔相连通。

3.根据权利要求1或2所述的一种大型箱式高温物料换热器，其特征在于：所述的水冷螺旋布料器（3）包括水冷螺旋体（301），水冷螺旋体（301）的轴线与水冷箱盖（2）的长度方向一致。

4.根据权利要求3所述的大型箱式高温物料换热器，其特征在于：所述的水冷螺旋布料器（3）还包括旋转水接头（304）、动力输入轴（308）和两个法兰盖板（302），水冷螺旋体（301）为空心轴结构，水冷螺旋体（301）一端穿过法兰盖板（302）后与旋转水接头（304）连接并相通，水冷螺旋体（301）另一端与动力输入轴（308）紧固连接，动力输入轴（308）穿过法兰盖板（302）并伸到水冷箱盖（2）外部，两个法兰盖板（302）分别与两个端板（203）紧固连接。

5.根据权利要求1所述的一种大型箱式高温物料换热器，其特征在于：所述的换热箱（6）为由两端的两个内端板（601）和两侧的两个内侧板（611）围成的四周密闭的长方形壳体，所述的长方形壳体上端设有换热箱上法兰（610），长方形壳体下端设有由两个内侧板（611）和2N个斜封板（604）构成的N个收口型料斗，在每个收口型料斗的下端分别设置一个换热箱下法兰（606），在两个内端板（601）的外侧分别设有一个外端板（602），两个外端板（602）、两个内端板（601）和换热箱上法兰（610）一起构成两个密闭的端部水腔，在两个内侧板（611）的外侧分别设有一个外侧板（612），两个外侧板（612）、两个内侧板（611）、2N个斜封板（604）、换热箱上法兰（610）、换热箱下法兰（606）一起构成两个密闭的侧面水腔。

6.根据权利要求5所述的一种大型箱式高温物料换热器，其特征在于：所述的换热箱（6）内的换热管道包括多排第一换热管（603）和第二换热管（605），收口型料斗内的换热管道包括多排第二换热管（605），第一换热管（603）的两端分别与两个内端板（601）固定连接并与两个所述端部水腔相连通，第二换热管（605）的两端分别与两个内侧板（611）固定连接并与两个所述侧面水腔相连通，在一个端部水腔和侧面水腔的下部分别设有换热箱进水管（608），在另一个端部水腔和侧面水腔的上部分别设有换热箱出水管（609）。

7.根据权利要求6所述的一种大型箱式高温物料换热器，其特征在于：所述的换热箱（6）的长方形壳体内设有N-1个内隔板（607），将换热箱（6）沿长度方向均匀分成N部分，每个第一换热管（603）都穿过内隔板（607）的孔后与两个端部水腔相连通。

8.根据权利要求6所述的一种大型箱式高温物料换热器，其特征在于：所述的第一换热管（603）末段设置一个U型弯曲部分，用于补偿第一换热管（603）的受热膨胀。

9.根据权利要求6所述的一种大型箱式高温物料换热器，其特征在于：所述的第一换热管（603）的轴线与第二换热管（605）的轴线垂直。