CN105526815A - 与粮食干燥机配套的气相旋转换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是与粮食干燥机配套的气相旋转换热器，它由主换热器和余热回收换热器串联构成，主换热气的烟气出口通过烟气管道连接至余热回收换热器的管程入口，余热回收换热器的壳程出口连接至主换器的预热空气入口；主换热器壳体中间为旋转滚筒式换热室，气流分配室由集气室和空气流通道构成，烟气列管的两端分别与壳体两端气流分配室的集气室固定连接，旋转滚筒式换热室具有旋转滚筒，旋转滚筒内侧壁安装螺旋导向叶片，旋转滚筒外侧安装有被动齿圈，被动齿圈连接齿圈驱动机构；被动齿圈的两侧对称设置有滚筒旋转支撑机构，旋转滚筒与气流分配室连接处均设置磁流体密封机构。本发明提高换热效率5%以上，同时利用余热回收换热器的剩余热量预热冷空气，使换热梯度缩小，降低燃料消耗。

Description

与粮食干燥机配套的气相旋转换热器

一、技术领域：

本发明涉及的是一种与北方地区大宗粮食干燥机配套的换热设备，具体涉及的是与粮食干燥机配套的气相旋转换热器。

二、背景技术：

节能减排是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措，预计“十三五”期间单位国内生产总值能耗力争降低30％左右。目前，烘干粮食应用的立式列管换热器的效率在70%左右，尤其东北地区粮食干燥适逢初冬时节，室外平均温度达-15℃左右，热能损耗更为严重。因此，提高能源的利用效率，以降低一次能源的消耗和提高单位能耗的产值是干燥节能关键。黑龙江省是是商品粮大省，每年商品粮的产量占全国商品粮食总产量的三分之二，近十几亿吨的粮食存储的问题深度影响国家粮食安全，而烘储的质量和成本取决于高效换热技术的应用。如若换热效率提高5%，那么在相同的条件下每公斤煤就可多烘干2.1公斤粮食，按我国北方煤炭的价格计算，每吨粮食节省4元。以2014年全国粮食总产量58957万吨来计算，仅仅应用高效的换热器就可节省上亿元。从环保方面考虑，对于北方冬季减少烟尘排放，防止雾霾发生的现实意义更加重大。单独考虑北方玉米干燥所节省燃料，一般需消耗0.05吨煤/吨玉米，如若换热效率提高5%，2014年东北玉米产量9203万吨，冬季烘干玉米将节省燃煤23万吨，以产生烟尘15kg/T燃煤计，将减少烟尘3430吨，大幅度减少11-12月份的雾霾程度。因此粮食烘干换热节能减排技术不仅是一个重大共性问题，也是一个重大的社会问题。同时随着现代化大农业的快速发展，我国粮食的产量在未来几年将会大幅提升，对干燥系统的生产能力和节能减排等方面提出了更高的要求。

三、发明内容：

本发明的目的是提供与粮食干燥机配套的气相旋转换热器，这种与粮食干燥机配套的气相旋转换热器用于解决目前北方烘干粮食应用的立式列管换热器效率低、热能损耗严重的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种与粮食干燥机配套的气相旋转换热器由主换热器和余热回收换热器串联构成，主换热气的烟气出口通过烟气管道连接至余热回收换热器的管程入口，烟气管道为保温管道，余热回收换热器的壳程出口连接至主换器的预热空气入口；高温烟气通过主换气的烟气入口进入烟气列管，余热回收换热器的管程出口为废气出口；

主换热器由壳体及烟气列管组成，壳体的两端为气流分配室，壳体中间为旋转滚筒式换热室，气流分配室由集气室和空气流通道构成，烟气列管的两端分别与壳体两端气流分配室的集气室固定连接，烟气入口设置在集气室处，烟气出口设置在另一个集气室处，预热空气入口、热空气出口分别设置在相应的空气流通道处；旋转滚筒式换热室具有旋转滚筒，旋转滚筒内侧壁安装螺旋导向叶片，旋转滚筒外侧安装有被动齿圈，被动齿圈连接齿圈驱动机构；被动齿圈的两侧对称设置有滚筒旋转支撑机构，旋转滚筒与气流分配室连接处均设置磁流体密封机构。

上述方案中被动齿圈嵌套在旋转滚筒外壁，齿圈驱动机构由调速电机、变速箱、驱动齿轮、副齿轮构成，驱动齿轮与副齿轮对称安装在被动齿圈的下部，驱动齿轮和副齿轮均与被动齿轮啮合，驱动齿轮连接变速箱，变速箱连接调速电机，这种齿圈驱动机构在实现驱动旋转滚筒转动的同时，还进一步确保了旋转滚筒处于平衡状态。

上述方案中滚筒旋转支撑机构由滚轮支撑座、滚轮、滚环带槽构成，滚环带槽嵌套在旋转滚筒外壁，滚轮支撑座安装在旋转滚筒的两侧，每个滚轮支撑座上设置一个滚轮，滚轮均与滚环带槽相配合，旋转滚筒转动时滚环带槽也随着转动，滚轮也被带动转动，从而实现滚筒旋转支撑机构对度旋转滚筒进行支撑，保证旋转滚筒的平衡。

上述方案中所述磁流体密封机构由永磁铁、磁靴、四氟格莱密封圈、弹性密封套、多级甬道磁流体组成，旋转滚筒内壁的两端均设置有支撑套筒，支撑套筒为变径筒，支撑套筒伸入到气流分配室中，气流分配室内壁具有凸台，气流分配室内壁环绕在支撑套筒外，凸台顶在支撑套筒上，支撑套筒、凸台、气流分配室内壁共同形成密封腔，磁流体密封机构置于密封腔内；气流分配室内壁与支撑套筒之间、凸台与支撑套筒之间均设置有密封环。该密封结构长寿命，无磨损，具有极佳的工作可靠性。极限真空度10-6Pa，泄漏率10-12Pa.m3/sec，耐受温度达300℃。

上述方案中余热回收换热器具有保温夹层，夹层内填充珍珠岩，余热回收换热器内壁安装螺旋导向叶片，冷空气在筒内流动形成螺旋涡流。

上述方案中余热回收换热器外侧安装固定装置，固定装置为固定钢带，是由宽度10mm和厚度3mm的钢带制成的，桶壁凹槽式设计，使气流运动时不至于晃动，避免余热回收换热器的轴向串动。

上述方案中旋转滚筒体壁面设有检视口，圆形检视口由双层耐高温石英玻璃制成，外部设有保温盖。

上述方案中螺旋导向叶片焊接在旋转滚筒内壁板上，为变螺距焊接，中间螺距比两端的螺距大20mm。

上述方案中烟气列管为正三角列管束；集气室有除尘口，可以定期清除滚筒内的聚集的烟气的灰尘。

有益效果：

1、本发明应用于粮食干燥生产。气相旋转换热器采用正三角管束等距传导换热和管侧湍流传热等强化传热技术，在同气相条件下旋流效应改变速度场分布特性，从而提高换热效率5%以上，降低燃料消耗，增加干燥机工作效率。

2、该换热器回收余热气旋式副换热器的设计，将烟气余热二次利用，主要是利用余热回收换热器的剩余热量预热冷空气，使换热梯度缩小，提高换热效率。关键易于热量的节约，为节能减排的实施提供技术保障。

3、本发明换热结构合理，性能稳定，换热效率高，尤其解决了北方粮食干燥机以煤为热源，且外界环境温度低，换热效率低，热能损失严重的问题。

四、附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为磁流体密封结构局部放大图；

图3为本发明主换热器的侧视图。

1.预热空气出口2.预热空气管道3.烟气管道4.预热空气入口5.气流分配室6.旋转滚筒7.滚轮支撑座8.烟气列管9.被动齿圈10.驱动齿轮11.变速箱12.调速电机13.滚环带槽14.滚轮15.螺旋导向叶片16.磁流体密封机构17.热空气出口18.集气室19.烟气入口20.废气出口21.冷空气入口22.固定钢带23.固定座24.检视口25.支撑套筒26.旋转滚筒壁板27.保温层28.弹性密封套29.磁靴30.永磁铁31.四氟格莱密封圈32.多级甬道磁流体33.气流分配室壁板34.除尘口。

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

结合图1、图3所示，这种与粮食干燥机配套的气相旋转换热器由主换热器和余热回收换热器串联构成，高压烟风机将高温烟气输入高温烟气入口19，主换热气的烟气出口通过烟气管道3连接至余热回收换热器的管程入口，烟气管道3为保温管道，余热回收换热器的壳程出口连接至主换器的预热空气入口4，预热空气在主换器换热变成热空气后，自主换热器上的热空气出口17离开；余热回收换热器的管程出口为废气出口20。余热回收换热器的结构尺寸与主换热器一致，只是其管壳为固定而不是旋转的。两者采用保温管道联接，是一次换热的余热通过联接管路，进入余热回收换热器进行二次换热。

余热回收换热器具有保温夹层，夹层内填充珍珠岩，余热回收换热器内壁安装螺旋导向叶片15，冷空气在筒内流动形成螺旋涡流。余热回收换热器外侧安装固定装置，固定装置为固定钢带22，是由宽度10mm和厚度3mm的钢带制成的，桶壁凹槽式设计，使气流运动时不至于晃动，避免余热回收换热器的轴向串动。

余热回收换热器做为副换热器，启到预热冷空气的作用，能对初期进入换热器的空气进行加热，并保证从主换热器回收的余热（在余热回收换热器烟气列管束中），在余热回收换热器内螺旋导向叶片15的作用下，充分地换热。安装在余热回收换热器上的预热空气出口1（壳程出口），利用主换热器排除的废气热量加热的冷空气，经过预热空气管道2，经过主换热器的预热空气入口4，进入主换热器。预热空气管道直径230mm，由双层不锈钢板焊合成弯头和直管等单件构成，两层不锈钢板间填充硅酸铝板隔热材料，减少热量散失。高温烟气从主换热器的出风口引出，经烟气管道3输入余热回收换热器内，对自余热回收换热器壳程入口进入的冷空气进行预热。

主换热器为卧式密封结构，是由壳体及烟气列管组成的一体式结构，外壳及框架为不锈钢钢板焊合而成，壳体的两端为气流分配室5，壳体中间为旋转滚筒式换热室，气流分配室5由集气室18和空气流通道构成，为高温烟气进入换热段与进入空气初步接触阶段，左右气流分配室5分别安装在旋转滚筒式换热室两端，为固定机构，集气室18是将高温烟气均匀分配给正三角型布置的烟气列管8内，用于换热，同时具有沉降室的作用，集气室18还有除尘口34，可以定期清除滚筒内的聚集的烟气的灰尘；烟气列管8的两端分别与壳体两端气流分配室5的集气室18固定连接，烟气列管8为正三角列管束。烟气入口19设置在集气室18处，烟气出口设置在另一个集气室18处，冷空气入口21、热空气出口17分别设置在相应的空气流通道处；旋转滚筒式换热室具有旋转滚筒6，旋转滚筒6内侧壁安装螺旋导向叶片15，螺旋导向叶片15焊接在旋转滚筒6内壁板上，为变螺距焊接，中间螺距比两端的螺距20mm。旋转滚筒6外侧安装有被动齿圈9，被动齿圈9连接齿圈驱动机构；旋转滚筒6在非传动区域设计保温层，夹层内填充珍珠岩，保温层27箍在旋转滚筒壁板26外侧，起到绝热保温的作用；被动齿圈9的两侧对称设置有滚筒旋转支撑机构，旋转滚筒6与气流分配室5连接处均设置磁流体密封机构16。

旋转滚筒体壁面设有检视口24，圆形检视口24由双层耐高温石英玻璃制成，外部设有保温盖。

本实施方式中被动齿圈9嵌套在旋转滚筒6外壁，齿圈驱动机构由调速电机12、变速箱11、驱动齿轮10、副齿轮构成，驱动齿轮10与副齿轮对称安装在被动齿圈9的下部，驱动齿轮10和副齿轮均与被动齿轮啮合，驱动齿轮10连接变速箱11，变速箱11连接调速电机12。调速电机12为交流电动机，交流电动机有调速器能够控制旋转滚筒6转动的速度。被动齿圈9为带基座的大齿圈，驱动齿轮10为小齿轮。被动齿圈9焊接在旋转滚筒壁板26上，调速电机12通过减速器与小齿轮相联，大齿圈与小齿轮啮合，将旋转驱动动力传动给旋转滚筒6，使换热器在旋转状态下工作。调速电机12受调速器控制，通过人工操作得到换热器工作所要求的精准转速。

滚筒旋转支撑机构由滚轮支撑座7、滚轮14、滚环带槽构13成，滚环带槽13嵌套在旋转滚筒6外壁，滚轮支撑座7对称安装在旋转滚筒体6的下方，用于固定支撑旋转滚筒体6，该支撑座由型钢焊合而成。每个滚轮支撑座7上设置一个滚轮14，滚轮14均与滚环带槽13相配合，旋转滚筒6转动时滚环带槽13也随着转动，滚轮14也被带动转动，从而实现滚筒旋转支撑机构对旋转滚筒6进行支撑，保证旋转滚筒6的平衡。所述的滚环带槽13，行走滚轮14在其内滚行，要求带槽内加工精度和滚轮14配合精度较高，防止旋转滚筒6运转的径向跳动。

如图2所示，磁流体密封机构16由永磁铁30、磁靴29、四氟格莱密封圈31、弹性密封套28、多级甬道磁流体32组成，旋转滚筒6内壁的两端均设置有支撑套筒25，支撑套筒25为变径筒，是由粗筒和细筒构成的二级变径筒体，支撑套筒25伸入到气流分配室5中，气流分配室5内壁具有凸台，气流分配室5内壁环绕在支撑套筒25外，支撑套筒25可相对于气流分配室5内壁旋转，凸台顶在支撑套筒25上，支撑套筒25、凸台、气流分配室5内壁共同形成密封腔，磁流体密封机构16置于密封腔内，永磁铁30设置于密封腔中间，永磁铁30的两侧分别设置磁靴29，磁靴29底部与密封腔底部设置有多级甬道磁流体32，磁靴29与气流分配室壁板33之间设置四氟格莱密封圈31，磁靴29与密封腔腔壁之间设置弹性密封套28；气流分配室5内壁与支撑套筒25之间、凸台与支撑套筒25之间均设置有密封环。该密封结构长寿命，无磨损，具有极佳的工作可靠性。极限真空度10-6Pa，泄漏率10-12Pa.m3/sec，耐受温度达300℃。

本发明整个密封结构为三级密封构成，第一级为弹性密封套28，材质为全氟醚橡胶（GARLAST），具有耐高温、耐化学溶剂性能及高洁净特性，最高耐受温度达327℃。第二级为4个O型四氟格莱密封圈31，具有耐高压和高温的特性。第三级为磁流体密封，由磁靴29，永磁铁30，多级甬道磁流体32组成，安装在支撑套筒25和磁靴29之间形成多级“液体O型密封圈”，该密封结构长寿命，无磨损，具有极佳的工作可靠性。极限真空度10-6Pa，泄漏率10-12Pa.m3/sec，耐受温度达300℃。

Claims (9)

1.一种与粮食干燥机配套的气相旋转换热器，其特征在于：这种与粮食干燥机配套的气相旋转换热器由主换热器和余热回收换热器串联构成，主换热气的烟气出口通过烟气管道（3）连接至余热回收换热器的管程入口，烟气管道（3）为保温管道，余热回收换热器的壳程出口连接至主换器的预热空气入口（4）；高温烟气通过主换气的烟气入口（19）进入烟气列管（8），余热回收换热器的管程出口为废气出口（20）；

主换热器由壳体及烟气列管（8）组成，壳体的两端为气流分配室（5），壳体中间为旋转滚筒式换热室，气流分配室（5）由集气室（18）和空气流通道构成，烟气列管（8）的两端分别与壳体两端气流分配室（5）的集气室（18）固定连接，烟气入口（19）设置在集气室（18）处，烟气出口设置在另一个集气室（18）处，预热空气入口（4）、热空气出口（17）分别设置在相应的空气流通道处；旋转滚筒式换热室具有旋转滚筒（6），旋转滚筒（6）内侧壁安装螺旋导向叶片（15），旋转滚筒（6）外侧安装有被动齿圈（9），被动齿圈（9）连接齿圈驱动机构；被动齿圈（9）的两侧对称设置有滚筒旋转支撑机构，旋转滚筒（6）与气流分配室（5）连接处均设置磁流体密封机构（16）。

2.根据权利要求1所述的与粮食干燥机配套的气相旋转换热器，其特征在于：所述的被动齿圈（9）嵌套在旋转滚筒（6）外壁，齿圈驱动机构由调速电机（12）、变速箱（11）、驱动齿轮（10）、副齿轮构成，驱动齿轮（10）与副齿轮对称安装在被动齿圈（9）的下部，驱动齿轮（10）和副齿轮均与被动齿轮啮合，驱动齿轮（10）连接变速箱（11），变速箱（11）连接调速电机（12）。

3.根据权利要求2所述的与粮食干燥机配套的气相旋转换热器，其特征在于：所述的滚筒旋转支撑机构由滚轮支撑座（7）、滚轮（14）、滚环带槽（13）构成，滚环带槽（13）嵌套在旋转滚筒（6）外壁，滚轮支撑座（7）安装在旋转滚筒（6）的两侧，每个滚轮支撑座（7）上设置一个滚轮（14），滚轮（14）均与滚环带槽（13）相配合。

4.根据权利要求3所述的与粮食干燥机配套的气相旋转换热器，其特征在于：所述的磁流体密封机构（16）由永磁铁（30）、磁靴（29）、四氟格莱密封圈（31）、弹性密封套（28）、多级甬道磁流体（32）组成，旋转滚筒（6）内壁的两端均设置有支撑套筒（25），支撑套筒（25）为变径筒，支撑套筒（25）伸入到气流分配室（5）中，气流分配室（5）内壁具有凸台，气流分配室（5）内壁环绕在支撑套筒（25）外，凸台顶在支撑套筒（25）上，支撑套筒（25）、凸台、气流分配室（5）内壁共同形成密封腔，磁流体密封机构（16）置于密封腔内；气流分配室（5）内壁与支撑套筒（25）之间、凸台与支撑套筒（25）之间均设置有密封环。

5.根据权利要求4所述的与粮食干燥机配套的气相旋转换热器，其特征在于：所述的余热回收换热器具有保温夹层（27），夹层内填充珍珠岩，余热回收换热器内壁安装螺旋导向叶片（15），冷空气在筒内流动形成螺旋涡流。

6.根据权利要求5所述的与粮食干燥机配套的气相旋转换热器，其特征在于：所述的余热回收换热器外侧安装固定装置，固定装置为固定钢带（22），是由宽度10mm和厚度3mm的钢带制成的，桶壁凹槽式设计。

7.根据权利要求6所述的与粮食干燥机配套的气相旋转换热器，其特征在于：所述的旋转滚筒体壁面设有检视口（24），圆形检视口（24）由双层耐高温石英玻璃制成，外部设有保温盖。

8.根据权利要求7所述的与粮食干燥机配套的气相旋转换热器，其特征在于：所述的螺旋导向叶片（15）焊接在旋转滚筒（6）内壁板上，为变螺距焊接，中间螺距比两端的螺距大20mm。

9.根据权利要求8所述的与粮食干燥机配套的气相旋转换热器，其特征在于：所述的烟气列管（8）为正三角列管束；集气室（18）有除尘口（34）。