CN108955322B - 一种多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置，包括：底座、位于该底座上方的炉体和多个锐角膜式壁结构，炉体与底座之间固装有多个振动弹簧，在底座上安装有一振动电机；其中，在炉体上形成有一给料口，一给料斗与给料口连通，在给料口上安装有一给料阀；在炉体的下端形成有一出料口，出料口上安装有一卸料阀和卸料斗，本发明物料形状适应性较广，粒径范围较大，非圆形形状的颗粒物料也可很好适应。物料自上而下流动，水管内工质自下而上流动，二者形成良好逆流，利于实现余热梯级利用。物料滚动下落，物料重力提供部分下落动力，动力消耗较低。物料内部传质强烈，物料与炉体内壁换热系数高。

Description

一种多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置
技术领域
本发明属于颗粒物料高温余热利用技术领域，具体来说涉及一种多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置。
背景技术
现有粉料与固体壁面直接换热装置，多采用多层水夹套形式，水夹套内部通入冷却水，水夹套垂直放置，粉料靠自重在相邻水夹套之间自上而下流动，水夹套由两层板经点焊形成，工业上称为水夹套板式换热器。水夹套板式换热器存在如下技术缺陷：
1)冷却水在水夹套中全部贯通，无法与物料形成逆流，无法实现余热的梯级提取，严重制约余热利用效率。
2)水夹套为两层板点焊，两层水夹套间的物料流通通道阻力太小，物料接近自由落体，流速太快，单位长度流程上物料换热效率太低，金属浪费严重。
3)物料接近自由落体，流速太快，颗粒对固体表面的磨损严重，换热器寿命较短。
现有粉料与固体壁面直接换热装置，也有采用水平错列管束、粉料在管外靠自重下移横向冲刷管束的结构形式(错列埋管换热器)，该种换热器的技术缺陷是物料容易搭桥，影响物料在换热器中的顺行。
现有粉料与固体壁面直接换热装置，还有采用水平振动平板式膜式壁换热装置，该型换热器存在如下技术缺陷：
1)该型换热器受热面水平铺展，占地面积较大；
2)该型换热器无法利用物料重力的下落趋势使物料向前运动，物料运动的动力完全来自振动惯性力，动力消耗较大。
3)该型换热器物料向前运动几乎完全为平移，料层内部高低温物料掺混性较差，料层中心物料与管壁接触概率较小，物料层传热方式主要是导热，所以物料与管壁的传热系数较小。
4)水管内工质为汽水混合物时，水中气泡不易上浮趋中，而是管子上半部为气相，下半部为液相，上半部容易发生传热恶化，导致管子爆管。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置。
为此，本发明的技术方案如下：
一种多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置，包括：底座、位于该底座上方的炉体和多个锐角膜式壁结构，所述炉体与所述底座之间固装有多个振动弹簧，在所述底座上安装有一振动电机，用于驱动所述炉体在所述振动弹簧上振动；其中，在所述炉体上形成有一给料口，一给料斗与所述给料口连通，用于向所述炉体内通入固体颗粒，在所述给料口上安装有一给料阀；
每一所述锐角膜式壁结构包括：多根水冷管，多根所述水冷管间隔排布形成水管组排，所述水管组排弯折形成一锐角，该锐角由上夹面和下夹面相交得到，所述锐角的上夹面的水管组排倾斜设置在炉体内，在该倾斜的所述水管组排中每相邻的水冷管之间无缝连接有一连接鳍片，在每一根所述水冷管的上端与该水冷管垂直固装有一垂直鳍片，所述连接鳍片以及位于该连接鳍片两侧的水冷管和相应的2个垂直鳍片之间形成一槽，固体颗粒在炉体的振动和自身重力作用下在所述槽内沿该槽的长度方向移动；多个所述锐角膜式壁结构分别交错安装在所述给料口下方炉体的相对侧壁上，其中，所述水管组排的靠上、靠下两组端口分别为进水口和出水口且该进水口和出水口均通出至所述炉体外；位于最上方的锐角膜式壁结构的多个槽用于接收从所述给料口投入的固体颗粒；在所述炉体的下端形成有一出料口，所述出料口上安装有一卸料阀和卸料斗，卸料斗用于接收位于最下方的锐角膜式壁结构的多个槽所排出的固体颗粒并将该固体颗粒通过所述出料口排出。
在上述技术方案中，所述锐角的上夹面的水管组排的水冷管与水平面的夹角为10～60°。
在上述技术方案中，所述垂直鳍片的高度与所述水冷管的外径的比为(1～3)：1；所述连接鳍片的宽度与所述水冷管的外径的比为(1～4)：1。
在上述技术方案中，所述水管组排的进水口由多根所述水冷管靠下的端口组成，所述水管组排的出水口由多根所述水冷管靠上的端口组成。
在上述技术方案中，位于最上方的锐角膜式壁结构的水管组排的进水口为所述多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置的第一总进水口，所述第一总进水口相应的水管组排的出水口与安装在该侧侧壁上的位于最下方的水管组排的进水口连通；在与所述位于最上方的锐角膜式壁结构安装在同一侧侧壁上的其余多个所述锐角膜式壁结构从下至上分别连通，连通方式为靠下的水管组排的出水口与其相邻靠上的水管组排的进水口连通。
在上述技术方案中，在位于最上方的锐角膜式壁结构的相对侧侧壁上安装的多个所述锐角膜式壁结构从下至上分别连通，连通方式为靠下的水管组排的出水口与其相邻靠上的水管组排的进水口连通，该侧侧壁上安装的位于最下方的锐角膜式壁结构的水管组排的进水口为所述多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置的第二总进水口。
在上述技术方案中，每个所述锐角膜式壁结构的水冷管的数量相同或不同。
在上述技术方案中，所述出水口和进水口通过一根管路连通。
在上述技术方案中，所述出水口与进水口通过多根管路连通。
在上述技术方案中，在所述锐角膜式壁结构用于承接固体颗粒的水管组排下固装有支撑管，用于支撑该水管组排。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
1)物料形状适应性较广，粒径范围较大，非圆形形状的颗粒物料也可很好适应。
2)物料滚动下落，物料内部传质强烈，物料与炉体内壁换热系数高，为50～80w/(m2·k)。
3)立式布置，占地面积小。
4)固体颗粒自上而下流动，水管内工质自下而上流动，二者形成良好逆流，利于实现余热梯级利用。
5)水冷管有一定倾斜度，使工质流动方向与气泡上浮方向一致，水循环安全性较高，可用于回收高温颗粒余热。
6)固体颗粒重力提供部分下落动力，动力消耗较低。
附图说明
图1为本发明的多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置的结构示意图；
图2为本发明锐角的上夹面的水管组排的横截面视图。
其中，1为给料斗，2为给料阀，3为炉体，4为锐角膜式壁结构，5为支撑管，6为振动弹簧，7为振动电机，8为卸料阀，9为卸料斗，10为底座，11为水冷管，12为连接鳍片，13为垂直鳍片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置进行详细说明。
如附图1～2所示，包括：底座10、位于该底座10上方的炉体3和多个锐角膜式壁结构4，炉体3内壁中填充有绝热材料，炉体3与底座10之间固装有多个振动弹簧6，在底座10上安装有一振动电机7，用于驱动炉体3在振动弹簧6上振动；其中，在炉体3上形成有一给料口，一给料斗1与给料口连通，用于向炉体3内通入固体颗粒，在给料口上安装有一给料阀2。
每一锐角膜式壁结构4包括：多根水冷管11，多根水冷管11间隔排布形成水管组排，水管组排弯折形成一锐角，锐角的上夹面的水管组排倾斜设置在炉体3内，倾斜角度为：锐角的上夹面的水冷管与水平面的夹角为10～60°。在锐角膜式壁结构4用于承接固体颗粒的水管组排(即锐角的上夹面的水管组排)下固装有支撑管5，用于支撑或加固该水管组排。
在该倾斜的水管组排(即锐角的上夹面的水管组排)中，每相邻的水冷管11之间无缝连接有一连接鳍片12(锐角的下夹面的水管组排中相邻水冷管11的之间连接或不连接连接鳍片12均可)，在每一根水冷管11的上端与该水冷管11垂直固装有一垂直鳍片13，垂直鳍片作为扩展受热面可以提高料层换热速度。垂直鳍片13的高度与水冷管11的外径的比为(1～3)：1；连接鳍片12的宽度与水冷管11的外径的比为(1～4)：1。
连接鳍片12以及位于该连接鳍片12每两侧的水冷管11和相应的2个垂直鳍片13之间形成一槽(类似U形槽)，固体颗粒在炉体3的振动和自身重力作用下在槽内沿该槽的长度方向移动；多个锐角膜式壁结构4分别交错安装在给料口下方炉体3的相对侧壁上，其中，水管组排的靠上、靠下两组端口分别为进水口和出水口且该进水口和出水口均通出至炉体3外；其中，水管组排的进水口由多根水冷管11靠下的端口组成，水管组排的出水口由多根水冷管11靠上的端口组成，水冷管内通入工质，工质可以为水或者其他液体。
位于最上方的锐角膜式壁结构4的多个槽用于接收从给料口投入的固体颗粒；在炉体3的下端形成有一出料口，出料口上安装有一卸料阀8和卸料斗9，卸料斗9用于接收(炉体内)位于最下方的锐角膜式壁结构4的多个槽所排出的固体颗粒并将该固体颗粒通过出料口排出。
本发明的技术方案在使用时，给每个锐角膜式壁结构4的水冷管11通入工质即可，锐角膜式壁结构之间的连通结构优选如下：
位于最上方的锐角膜式壁结构4的水管组排的进水口为多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置的第一总进水口，第一总进水口相应的水管组排的出水口与安装在该侧侧壁上的位于最下方的水管组排的进水口连通；在与位于最上方的锐角膜式壁结构4安装在同一侧侧壁上的其余多个锐角膜式壁结构4从下至上分别连通，连通方式为靠下的水管组排的出水口与其相邻靠上的水管组排的进水口连通。
在位于最上方的锐角膜式壁结构4的相对侧的侧壁上安装的多个锐角膜式壁结构4从下至上分别连通，连通方式为靠下的水管组排的出水口与其相邻靠上的水管组排的进水口连通，该侧侧壁上安装的位于最下方的锐角膜式壁结构4的水管组排的进水口为多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置的第二总进水口。第一总进水口和第二总进水口为工质的通入口。
其中，每个锐角膜式壁结构4的水冷管11的数量可以相同或不同。且出水口和进水口不但可以通过一根管路连通，还可通过多根管路连通。
本发明的多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置的工作工程为：
振动电机振动，炉体在振动弹簧上振动，振幅为3-5mm。
给料阀2控制流量，固体颗粒由给料斗1进入炉体内最上方的锐角膜式壁结构4的上表面，随着高温颗粒换热装置本体在振动弹簧上振动及物料自重的作用，物料在锐角膜式壁结构的槽内沿槽斜面向下边换热边滚动，物料运动到最上层锐角膜式壁结构4槽的最下端时，掉落到位于其下方的另一侧侧壁上的锐角膜式壁结构4的上表面，随着炉体在振动弹簧上振动及物料自重的作用，固体颗粒沿该锐角膜式壁结构4的槽的斜面向下边换热边滚动，如此经过多层锐角膜式壁结构4换热完毕后，进入卸料斗9，经卸料阀8控制流量后排出炉体。
本发明解决现有技术缺陷采用的技术方案是：
1)将多层锐角膜式壁结构左右交替(交错)布置于绝热材料形成的炉体中，每层锐角膜式壁结构的上表面与水平面成一定夹角，多层交替布置的锐角膜式壁结构之间形成自上而下的波形通道，物料(固体颗粒)即在波形通道中自上而下运动。
2)多层锐角膜式壁结构与绝热材料竖井(炉体)通过钢架固定于一起，形成一个牢固的换热器整体，并通过振动弹簧放置于底座上。
3)换热器整体在振动电机作用下产生整体振动，固体颗粒首先布料于最上层锐角膜式壁上表面的顶端，并在自重作用力及炉体振动力的综合作用下沿锐角膜式壁上表面(具有一定的倾斜度)自上而下翻滚移动，当运动至锐角膜式壁结构上表面下沿后跌落于对面布置的下一层锐角膜式壁上表面，下一层锐角膜式壁结构上表面与上一层锐角膜式壁上表面呈反向倾斜向下，所以固体颗粒折返向相反方向自上而下翻滚移动。如此反复折返向下滚动，直至换热结束。
4)总体效果来讲，固体颗粒自上而下流动，水管内工质自下而上流动，二者形成逆流。
5)锐角膜式壁结构设置垂直鳍片，增加换热面积。
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 (10)

1.一种多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置，其特征在于，包括：底座(10)、位于该底座(10)上方的炉体(3)和多个锐角膜式壁结构(4)，所述炉体(3)与所述底座(10)之间固装有多个振动弹簧(6)，在所述底座(10)上安装有一振动电机(7)，用于驱动所述炉体(3)在所述振动弹簧(6)上振动；其中，在所述炉体(3)上形成有一给料口，一给料斗(1)与所述给料口连通，用于向所述炉体(3)内通入固体颗粒，在所述给料口上安装有一给料阀(2)；
每一所述锐角膜式壁结构(4)包括：多根水冷管(11)，多根所述水冷管(11)间隔排布形成水管组排，所述水管组排弯折形成一锐角，所述锐角的上夹面的水管组排倾斜设在炉体(3)内，在该倾斜的所述水管组排中每相邻的水冷管(11)之间无缝连接有一连接鳍片(12)，在每一根所述水冷管(11)的上端与该水冷管(11)垂直固装有一垂直鳍片(13)，所述连接鳍片(12)以及位于该连接鳍片(12)两侧的水冷管(11)和相应的2个垂直鳍片(13)之间形成一槽，固体颗粒在炉体(3)的振动和自身重力作用下在所述槽内沿该槽的长度方向移动；多个所述锐角膜式壁结构(4)分别交错安装在所述给料口下方炉体(3)的相对侧壁上，其中，所述水管组排的靠上、靠下两组端口分别为出水口和进水口且该进水口和出水口均通出至所述炉体(3)外；位于最上方的锐角膜式壁结构(4)的多个槽用于接收从所述给料口投入的固体颗粒；在所述炉体(3)的下端形成有一出料口，所述出料口上安装有一卸料阀(8)和卸料斗(9)，卸料斗(9)用于接收位于最下方的锐角膜式壁结构(4)的多个槽所排出的固体颗粒并将该固体颗粒通过所述出料口排出；
多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置的工作工程为：
振动电机振动，炉体在振动弹簧上振动，振幅为3-5mm；
给料阀（2）控制流量，固体颗粒由给料斗（1）进入炉体内最上方的锐角膜式壁结构（4）的上表面，随着高温颗粒换热装置本体在振动弹簧上振动及物料自重的作用，物料在锐角膜式壁结构的槽内沿槽斜面向下边换热边滚动，物料运动到最上层锐角膜式壁结构（4）槽的最下端时，掉落到位于其下方的另一侧侧壁上的锐角膜式壁结构（4）的上表面，随着炉体在振动弹簧上振动及物料自重的作用，固体颗粒沿该锐角膜式壁结构（4）的槽的斜面向下边换热边滚动，如此经过多层锐角膜式壁结构（4）换热完毕后，进入卸料斗（9），经卸料阀（8）控制流量后排出炉体。
2.根据权利要求1所述的多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置，其特征在于，所述锐角的上夹面的水管组排的水冷管(11)与水平面的夹角为10～60°。
3.根据权利要求1或2所述的多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置，其特征在于，所述垂直鳍片(13)的高度与所述水冷管(11)的外径的比为(1～3) ：1；所述连接鳍片(12)的宽度与所述水冷管(11)的外径的比为(1～4)：1。
4.根据权利要求3所述的多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置，其特征在于，所述水管组排的进水口由多根所述水冷管(11)靠下的端口组成，所述水管组排的出水口由多根所述水冷管(11)靠上的端口组成。
5.根据权利要求4所述的多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置，其特征在于，位于最上方的锐角膜式壁结构(4)的水管组排的进水口为所述多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置的第一总进水口，所述第一总进水口相应的水管组排的出水口与安装在该侧侧壁上的位于最下方的水管组排的进水口连通；在与所述位于最上方的锐角膜式壁结构(4)安装在同一侧侧壁上的其余多个所述锐角膜式壁结构(4)从下至上分别连通，连通方式为靠下的水管组排的出水口与其相邻靠上的水管组排的进水口连通。
6.根据权利要求5所述的多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置，其特征在于，在位于最上方的锐角膜式壁结构(4)的相对侧侧壁上安装的多个所述锐角膜式壁结构(4)从下至上分别连通，连通方式为靠下的水管组排的出水口与其相邻靠上的水管组排的进水口连通，该侧侧壁上安装的位于最下方的锐角膜式壁结构(4)的水管组排的进水口为所述多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置的第二总进水口。
7.根据权利要求6所述的多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置，其特征在于，每个所述锐角膜式壁结构(4)的水冷管(11)的数量相同或不同。
8.根据权利要求7所述的多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置，其特征在于，所述出水口和进水口通过一根管路连通。
9.根据权利要求7所述的多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置，其特征在于，所述出水口与进水口通过多根管路连通。
10.根据权利要求8或9所述的多层锐角膜式壁振动折返高效颗粒换热装置，其特征在于，在所述锐角膜式壁结构(4)用于承接固体颗粒的水管组排下固装有支撑管(5)，用于支撑该水管组排。
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