CN105526808A - 逆流气-固直接接触换热器 - Google Patents

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CN105526808A CN201610040810.9A CN201610040810A CN105526808A CN 105526808 A CN105526808 A CN 105526808A CN 201610040810 A CN201610040810 A CN 201610040810A CN 105526808 A CN105526808 A CN 105526808A
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霍奇志
张�诚
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28C—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
    • F28C3/00—Other direct-contact heat-exchange apparatus
    • F28C3/10—Other direct-contact heat-exchange apparatus one heat-exchange medium at least being a fluent solid, e.g. a particulate material
    • F28C3/12—Other direct-contact heat-exchange apparatus one heat-exchange medium at least being a fluent solid, e.g. a particulate material the heat-exchange medium being a particulate material and a gas, vapour, or liquid

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Abstract

本发明提供一种逆流气-固直接接触换热器，包括用于进行气固换热的垂直通道，气体进口设置于垂直通道下方或底部，固体颗粒进口设置于垂直通道上方或顶部，气体出口设置于垂直通道上方侧壁，固体颗粒通过包括至少一个布料元件的颗粒分布器进入垂直通道内，一个布料元件承担0.1-0.3m2垂直通道横截面面积；布料元件的颗粒流量可通过充气量调节。该逆流气-固直接接触换热器保证了气固之间的均匀接触，且设备体积较小，适于工业生产中推广应用。

Description

逆流气-固直接接触换热器
技术领域
本发明是一种气-固换热器，特别是一种逆流气-固(颗粒)直接接触换热器。
背景技术
目前从高温气体中回收热能多采用金属受热面间接换热，设备投资大，传热效果差，当气体温度较高时，往往需要采用昂贵的合金钢。
现有气-固换热设备分为蓄热式和回转筒式两类：蓄热式换热器为非连续换热，最后仍需将热能传递至气体；回转筒式换热器采用交叉流换热将热量传递给颗粒，该方式不但传热效果不甚理想且设备庞大。
基于上述问题，技术人员试图开发逆流气-固(颗粒)直接换热器，也就是使高温气流自下而上流动，冷颗粒则自上而下流动，气固直接接触，气体逐渐被降温，而颗粒不断被加热。
如果气固之间良好接触，逆流换热传热效果会非常好；许多廉价的颗粒耐火程度高，颗粒终点温度可以很高；颗粒直接换热即使高温烟气中含有易形成沾污的成分时亦与不会影响运行，因此，技术人员在在小尺度实验设备上进行过研究，但一直没有在大尺度设备上成功应用的先例，其最大困难是如何保证气固之间的均匀接触。
气体和固体颗粒都有着很强的自我聚合性，一旦气体或固体颗粒聚合就很难将它们再分散，而气体和颗粒的良好接触是良好换热的基本条件。因此，亟需提供一种能够实现均匀分散、且能够将不均匀调整为均匀的逆流气-固直接接触换热器。
发明内容
本发明提供一种逆流气-固直接接触换热器，主要解决了现有技术无法保证气固之间均匀接触的问题。
本发明的具体技术解决方案如下：
该逆流气-固直接接触换热器，包括用于进行气固换热的垂直通道，气体进口设置于垂直通道下方或底部，固体颗粒进口设置于垂直通道上方或顶部，气体出口设置于垂直通道上方侧壁，所述固体颗粒通过包括至少一个布料元件的颗粒分布器进入垂直通道内，一个布料元件承担0.1-0.3m2垂直通道横截面面积；所述布料元件的颗粒流量可通过充气量调节。
上述布料元件包括依次连接的垂直小管、直角弯、水平小管和垂直管，垂直管上口排出经垂直小管通道充入的气体，垂直管下口设置有分布伞，其中垂直小管上设置有孔径为1-3mm的充气孔，充气孔高度设置在直角弯水平中心线上1.8-2.4倍管径处；所述固体颗粒首先进入垂直小管，后经直角弯转为水平流动，再经垂直管下口设置的分布伞进入换热器的垂直通道内。
上述垂直通道的横截面为圆形或长宽比大于3的长方形。
上述气体出口为3个或3个以上；各气体出口对应一组布料元件。
上述垂直通道的横截面为圆形时，气体出口均匀布置在垂直通道侧壁上；所述各气体出口处均设置有温度检测设备，依据出口间温度差，调节所对应元件组的颗粒流量；温度偏高者，增加流量；温度偏低者，减少流量。
上述垂直通道的横截面为圆形时，气体出口均匀布置在垂直通道侧壁上；所述各气体出口处均设置有温度检测设备依据出口间温度差，调节所对应元件组的颗粒流量；温度偏高者，增加流量；温度偏低者，减少流量。
本发明的优点在于：
该逆流气-固直接接触换热器保证了气固之间的均匀接触，且设备体积较小，适于工业生产中推广应用。
附图说明
图1为逆流气-固直接接触换热器结构示意图；
图2为布料元件结构示意图；
图3为圆形气体出口与布料元件组示意图；
图4为矩形气体出口与布料元件组示意图；
附图明细如下：
1-气体；2-换热器垂直通道；3-颗粒；4-颗粒分布器；5-物料；6-垂直小管；7-直角弯；8-充气孔；9-垂直管；10-垂直管上口；11-分布伞；12-颗粒仓；13-气体出口。
具体实施方式
本发明主要解决气体和固体颗粒如何保证均匀分散、如何判断分散程度又如何将不均匀调整为均匀的问题。所依据的原理是：固体颗粒吸收高温气体中的热量，气体在换热器垂直通道内自下而上流动，固体颗粒自上而下流动，在逆向流动过程中完成热交换。
在气体1向上，颗粒3下落的过程中，首先要保证最上端颗粒3的均匀分布，一般常用多孔分布器，对于粉料或粒径小于100微米的颗粒较为合适，但对于逆流换热而言，过细颗粒要求很低的上升速度，设备会很庞大；对于逆流换热采用粒径为0.5-1.4毫米的颗粒较为适宜，面对这种颗粒，孔径太小，流动不畅；孔径太大分布不匀；更重要的是多孔分布器调节性能差。
本发明提供的技术方案主要是采用调节性能优异的折角管与分布伞11相结合的分布器，每个分布器元件可承担0.1-0.3平方米区域的布料任务。气流上升通道的横截面为圆形或长宽比大于3的长方形，圆形通道气体出口13在周边；长方形通道气体出口在长度方向，出口被分为3个以上通道，相应地布料元件也被分组。在气体出口13对应装设温度计，各组之间的温度差反映该组供给颗粒量的大小，通过调整供给量使换热均匀。换热器使用的颗粒真密度为1.8-2.5。
以下结合具体实施例对本发明进行详述：
逆流气-固换热器是用颗粒吸收高温气体中的热量，气体在换热器垂直通道2内自下而上流动，固体颗粒自上而下流动，在逆向流动过程中完成热交换。在换热器通道之上是颗粒分布器5，它是由多个折角管与分布伞11相结合的布料元件组成。
折角管与分布伞11相结合的布料元件如图2所示，物料5首先进入垂直小管6，然后经直角弯7转为水平流动，在高于水平中心线2倍管径处有一孔径为1-3mm的充气孔8，管内颗粒流量与充气量大小有关。水平管另一端连接直径略大的垂直管9，垂直管上口10排出充入的气体，下部为分布伞11，每一个布料元件承担0.1-0.3m2垂直通道横截面积。在分布器上方是颗粒仓12。
换热器垂直通道2的横截面可以是圆形，也可以是长宽比大于3的长方形。圆形通道气体出口在周边均匀布置；长方形通道气体出口在长度方向。为调整布料均匀程度，将气体出口分成3个以上的分出口，布料元件也依对应的出口分组。在出口处分别设置温度计测量气体温度。气温偏高，说明从该区域落下的颗粒量偏少；气温偏低，说明从该区域落下的颗粒量偏多。每一组布料元件的充气量由一个调节阀门控制，通过调节充气量调节颗粒流量，以实现换热均匀。

Claims (6)

1.一种逆流气-固直接接触换热器，包括用于进行气固换热的垂直通道，气体进口设置于垂直通道下方或底部，固体颗粒进口设置于垂直通道上方或顶部，气体出口设置于垂直通道上方侧壁，其特征在于：所述固体颗粒通过包括至少一个布料元件的颗粒分布器进入垂直通道内，一个布料元件承担0.1-0.3m2垂直通道横截面面积；所述布料元件的颗粒流量可通过充气量调节。
2.根据权利要求1所述的逆流气-固直接接触换热器，其特征在于：所述布料元件包括依次连接的垂直小管、直角弯、水平小管和垂直管，垂直管上口排出经垂直小管通道充入的气体，垂直管下口设置有分布伞，其中垂直小管上设置有孔径为1-3mm的充气孔，充气孔高度设置在直角弯水平中心线上1.8-2.4倍管径处；所述固体颗粒首先进入垂直小管，后经直角弯转为水平流动，再经垂直管下口设置的分布伞进入换热器的垂直通道内。
3.根据权利要求1或2所述的逆流气-固直接接触换热器，其特征在于：所述垂直通道的横截面为圆形或长宽比大于3的长方形。
4.根据权利要求3所述的逆流气-固直接接触换热器，其特征在于：所述气体出口为3个或3个以上；各气体出口对应一组布料元件。
5.根据权利要求1或2所述的逆流气-固直接接触换热器，其特征在于：所述垂直通道的横截面为圆形时，气体出口均匀布置在垂直通道侧壁上；所述各气体出口处均设置有温度检测设备，依据出口间温度差，调节所对应元件组的颗粒流量；温度偏高者，增加流量；温度偏低者，减少流量。
6.根据权利要求1或2所述的逆流气-固直接接触换热器，其特征在于：所述垂直通道的横截面为圆形时，气体出口均匀布置在垂直通道侧壁上；所述各气体出口处均设置有温度检测设备依据出口间温度差，调节所对应元件组的颗粒流量；温度偏高者，增加流量；温度偏低者，减少流量。
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