CN107014221B - 一种振动式多层变截面膜式壁湍流颗粒换热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种振动式多层变截面膜式壁湍流颗粒换热装置，包括：底座、炉体和位于该炉体内的至少一个膜式壁结构，所述炉体位于所述底座的上方，且在所述底座和炉体之间安装有多个弹簧，在所述底座上安装有振动电机，用于驱动所述炉体在所述弹簧上振动；本发明采用变节距膜式壁结构，使颗粒向前流动过程中底部料层受到与运动方向呈一定角度的管壁的扰动，运动方向不断改变，大幅度提高颗粒流动的湍流程度。固体颗粒流动过程中流通截面积不断收缩后又不断扩张的变截面结构，使颗粒形成强烈的上下层掺混湍流，保证所有颗粒都能快速、高频率直接接触管壁。

Description

一种振动式多层变截面膜式壁湍流颗粒换热装置
技术领域
本发明属于颗粒余热换热技术领域，具体来说涉及一种振动式多层变截面膜式壁湍流颗粒换热装置。
背景技术
目前，颗粒余热回收多采用双层流化床换热方式，但是，双层流化床换热方式存在以下技术缺陷：
1)气体的比热容远远小于固体的比热容，回收固体颗粒余热需要的流化介质数量巨大，换热器自身流化能耗消耗过高。
2)由于流化床换热器床温恒定，冷热源之间换热温差较大，换热过程不可逆损失较大，余热回收过程效率较低。
目前，也有采用振动膜式壁直接回收颗粒余热的技术，但存在技术缺陷如下：颗粒层向前运动的过程中，颗粒料层内部冷热颗粒之间的掺混速度较慢，掺混不够均匀，由于颗粒导热速率低于掺混传热速率，所以，现有振动膜式壁颗粒换热器的传热系数偏低。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种振动式多层变截面膜式壁湍流颗粒换热装置。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。
一种振动式多层变截面膜式壁湍流颗粒换热装置，包括：底座、炉体和位于该炉体内的至少一个膜式壁结构，所述炉体位于所述底座的上方，且在所述底座和炉体之间安装有多个弹簧，在所述底座上安装有振动电机，用于驱动所述炉体在所述弹簧上振动；
每一所述膜式壁结构包括：正置环形膜式壁和倒置环形膜式壁，所述正置环形膜式壁和倒置环形膜式壁均包括：第一环形管道以及直径大于该第一环形管道的第二环形管道，所述正置环形膜式壁的第一环形管道位于其第二环形管道的正上方，所述倒置环形膜式壁的第一环形管道位于其第二环形管道的正下方，且所述正置环形膜式壁和倒置环形膜式壁的第一环形管道和第二环形管道之间均连通有多根第三管道，每一所述第一环形管道、第二环形管道和第三管道围成的封闭形状的内壁之间均无缝连接有一金属板；每一所述正置环形膜式壁的第一环形管道的环内固装有一与该第一环形管道连通的分料集水箱，且所述分料集水箱与第一环形管道的内圆周之间为无缝连接，以使掉落到分料集水箱上的固体颗粒被分流至与该分料集水箱连接的正置环形膜式壁上；所述炉体的内壁与正置环形膜式壁的第二环形管道的外圆周之间形成有间隙，且该炉体的内壁与倒置环形膜式壁的第二环形管道的外圆周之间为无缝连接；在所述炉体的上端形成有进料口，位于最上方的分料集水箱用于分流从该进料口投入的固体颗粒；在所述炉体的下端形成有出料口，位于最下方的第一环形管道的内圆周与一引导筒的上端口无缝连接；所述引导筒的下端口从所述出料口伸出；
当所述膜式壁结构的数量大于1时，多个膜式壁结构在竖直方向间隔排布，所述倒置环形膜式壁的第一环形管道位于其下方相邻膜式壁结构的分料集水箱的正上方。
在上述技术方案中，所述分料集水箱的上部为圆锥面且下部为圆柱筒体。
在上述技术方案中，每一所述膜式壁结构均形成有进水口和出水口，且所述进水口位于出水口的下方。
在上述技术方案中，当所述膜式壁结构的数量大于1个时，所述进水口与其下方相邻的膜式壁结构出水口连通。
在上述技术方案中，位于最上方的出水口通过第一管路通出至所述炉体外。
在上述技术方案中，位于最下方的进水口通过第二管路通出至所述炉体外。
在上述技术方案中，所述底座的内部为中空，所述引导筒的下端口伸入所述底座的内部。
在上述技术方案中，所述进料口上安装有料斗。
在上述技术方案中，所述引导筒上安装有卸料阀。
在上述技术方案中，所述第三管道沿第二环形管道径向均布。
在上述技术方案中，所述进水口位于倒置环形膜式壁的第一环形管道的下侧，所述出水口位于正置环形膜式壁的第一环形管道或分料集水箱的上侧。
与现有方法相比，本发明的有益效果是:
1)颗粒料层(固体颗粒)流动的湍流度大幅度提高，冷热颗粒掺混剧烈、均匀，大幅度提高了颗粒层内部的传热效率。
2)所有固体颗粒都能快速、高频率直接接触管壁，大幅度提高了固体颗粒与第一环形管道、第二环形管道和第三管道表面的换热系数。
3)与现有各种颗粒换热器相比，大幅度降低了换热器金属耗量及振动电机电耗，降低的制造成本及运行费用。
附图说明
图1为本发明的振动式多层变截面膜式壁湍流颗粒换热装置的结构示意图；
图2为正置环形膜式壁或倒置环形膜式壁的俯视图；
图3为正置环形膜式壁的侧视图。
其中，1为正置环形膜式壁，2为分料集水箱，3为料斗，4为进料口，5为炉体，6为弹簧，7为底座，8为引导筒，9为振动电机，10为倒置环形膜式壁，11为第二环形管道，12为第一环形管道，13为第三管道，14为金属板。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
如图1～3所示，包括：底座7、炉体5和位于该炉体5内的至少一个膜式壁结构，炉体5位于底座7的上方，且在底座7和炉体5之间安装有多个弹簧6，在底座7上安装有振动电机9，用于驱动炉体5在弹簧6上振动；
每一膜式壁结构包括：正置环形膜式壁1和倒置环形膜式壁10，正置环形膜式壁1和倒置环形膜式壁10均包括：第一环形管道12以及直径大于该第一环形管道12的第二环形管道11，正置环形膜式壁1和倒置环形膜式壁10的第一环形管道12分别依次位于相应的第二环形管道11的正上方和正下方，且正置环形膜式壁1和倒置环形膜式壁10的第一环形管道12和第二环形管道11之间均连通有多根沿第二环形管道11径向均布的第三管道13。每一第一环形管道12、第二环形管道11和第三管道13围成的封闭形状的内壁之间均无缝连接有一金属板14；金属板14与水平面的夹角为10°～60°。
每一正置环形膜式壁1的第一环形管道12的环内固装有一与该第一环形管道12连通的分料集水箱2，且分料集水箱2与第一环形管道12的内圆周之间为无缝连接，以使掉落到分料集水箱2上的固体颗粒被分流至与该分料集水箱2连接的正置环形膜式壁1上，分料集水箱2的上部为圆锥面且下部为圆柱筒体。
炉体5的内壁与正置环形膜式壁1的第二环形管道11的外圆周之间形成有间隙，且该炉体5的内壁与倒置环形膜式壁10的第二环形管道11的外圆周之间为无缝连接；在炉体5的上端形成有进料口4，进料口4上安装有料斗3，位于最上方的分料集水箱2用于分流从该进料口4投入的固体颗粒；在炉体5的下端形成有出料口，位于最下方的第一环形管道12的内圆周与一环形的引导筒8的上端口无缝连接；引导筒8的下端口从出料口伸出；引导筒8上安装有卸料阀(图中未示出)。底座7的内部为中空，引导筒8的下端口伸入底座7的内部。
当膜式壁结构的数量大于1时(图1中所示为2个膜式壁结构)，多个膜式壁结构在竖直方向间隔排布，倒置环形膜式壁10的第一环形管道12位于其下方相邻膜式壁结构的分料集水箱2的正上方。每一膜式壁结构均形成有进水口和出水口，且进水口位于出水口的下方。进水口位于倒置环形膜式壁的第一环形管道12的下侧，出水口位于正置环形膜式壁的第一环形管道12或分料集水箱2的上侧。进水口与其下方相邻的膜式壁结构出水口连通。位于最上方的出水口通过第一管路(图中未示出)通出至炉体5外，位于最下方的进水口通过第二管路(图中未示出)通出至炉体5外。
本发明的工作过程为：
整个振动式多层变截面膜式壁湍流颗粒换热装置由炉体5形成密封空间，并整体通过弹簧6支撑在底座7上，底座可以为一钢架，在振动电机9的作用下进行整体振动。物料(固体颗粒)进入料斗3，经过分料集水箱2将物料分配到正置环形膜式壁1上，物料在振动力的作用下沿着正置环形膜式壁下移，下移过程中，由于膜式壁节距发生变化，且管子纵向轴线与颗粒流动方向呈一定的交角，同时，由于流通面积逐渐变大，颗粒层内部冷热颗粒发生剧烈掺混。颗粒离开正置环形膜式壁1后，散落至倒置环形膜式壁10上，物料在振动力的作用下沿着倒置环形膜式壁下移，下移过程中，由于膜式壁节距发生变化，且管子纵向轴线与颗粒流动方向呈一定的交角，同时，由于流通面积逐渐变大，颗粒层内部冷热颗粒发生剧烈掺混。颗粒离开倒置环形膜式壁10后，进入下一级膜式壁结构，如此往复折返向下，直至换热结束，冷渣由引导筒8排出。膜式壁结构的第一环形管道12、第二环形管道11和第三管道13中通有冷却水，冷却水由多个膜式壁结构的下部进入，上部引出。
本发明：
1、采用变节距膜式壁结构，使固体颗粒向前流动过程中底部料层受到与运动方向呈一定角度的管壁的扰动，运动方向不断改变，大幅度提高颗粒流动的湍流程度。
2、采用固体颗粒流动过程中流通截面积不断收缩后又不断扩张的变截面结构，使颗粒形成强烈的上下层掺混湍流，保证所有颗粒都能快速、高频率直接接触管壁。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种振动式多层变截面膜式壁湍流颗粒换热装置，其特征在于，包括：底座(7)、炉体(5)和位于该炉体(5)内的至少一个膜式壁结构，所述炉体(5)位于所述底座(7)的上方，且在所述底座(7)和炉体(5)之间安装有多个弹簧(6)，在所述底座(7)上安装有振动电机(9)，用于驱动所述炉体(5)在所述弹簧(6)上振动；
每一所述膜式壁结构包括：正置环形膜式壁(1)和倒置环形膜式壁(10)，所述正置环形膜式壁(1)和倒置环形膜式壁(10)均包括：第一环形管道(12)以及直径大于该第一环形管道(12)的第二环形管道(11)，所述正置环形膜式壁(1)和倒置环形膜式壁(10)的第一环形管道(12)分别依次位于相应的第二环形管道(11)的正上方和正下方，且所述正置环形膜式壁(1)和倒置环形膜式壁(10)的第一环形管道(12)和第二环形管道(11)之间均连通有多根第三管道(13)，每一所述第一环形管道(12)、第二环形管道(11)和第三管道(13)围成的封闭形状的内壁之间均无缝连接有一金属板(14)；每一所述正置环形膜式壁(1)的第一环形管道(12)的环内固装有一与该第一环形管道(12)连通的分料集水箱(2)，且所述分料集水箱(2)与第一环形管道(12)的内圆周之间为无缝连接，以使掉落到分料集水箱(2)上的固体颗粒被分流至与该分料集水箱(2)连接的正置环形膜式壁(1)上；所述炉体(5)的内壁与正置环形膜式壁(1)的第二环形管道(11)的外圆周之间形成有间隙，且该炉体(5)的内壁与倒置环形膜式壁(10)的第二环形管道(11)的外圆周之间为无缝连接；在所述炉体(5)的上端形成有进料口(4)，位于最上方的分料集水箱(2)用于分流从该进料口(4)投入的固体颗粒；在所述炉体(5)的下端形成有出料口，位于最下方的第一环形管道(12)的内圆周与一引导筒(8)的上端口无缝连接；所述引导筒(8)的下端口从所述出料口伸出；
所述膜式壁结构的数量大于1时，多个膜式壁结构在竖直方向间隔排布，所述倒置环形膜式壁(10)的第一环形管道(12)位于其下方相邻膜式壁结构的分料集水箱(2)的正上方，金属板( 14) 与水平面的夹角为10°～60°。
2.根据权利要求1所述的振动式多层变截面膜式壁湍流颗粒换热装置，其特征在于，所述分料集水箱(2)的上部为圆锥面且下部为圆柱筒体。
3.根据权利要求1或2所述的振动式多层变截面膜式壁湍流颗粒换热装置，其特征在于，每一所述膜式壁结构均形成有进水口和出水口，且所述进水口位于出水口的下方。
4.根据权利要求3所述的振动式多层变截面膜式壁湍流颗粒换热装置，其特征在于，所述膜式壁结构的数量大于1个时，所述进水口与其下方相邻的膜式壁结构的出水口连通。
5.根据权利要求4所述的振动式多层变截面膜式壁湍流颗粒换热装置，其特征在于，位于最上方的出水口通过第一管路通出至所述炉体(5)外。
6.根据权利要求5所述的振动式多层变截面膜式壁湍流颗粒换热装置，其特征在于，位于最下方的进水口通过第二管路通出至所述炉体(5)外。
7.根据权利要求6所述的振动式多层变截面膜式壁湍流颗粒换热装置，其特征在于，所述底座(7)的内部为中空，所述引导筒(8)的下端口伸入所述底座(7)的内部。
8.根据权利要求7所述的振动式多层变截面膜式壁湍流颗粒换热装置，其特征在于，所述进料口(4)上安装有料斗(3)，所述引导筒(8)上安装有卸料阀。
9.根据权利要求8所述的振动式多层变截面膜式壁湍流颗粒换热装置，其特征在于，所述进水口位于倒置环形膜式壁(10)的第一环形管道(12)的下侧，所述出水口位于正置环形膜式壁(1)的第一环形管道(12)或分料集水箱(2)的上侧。
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