CN109539836A - 立式多级流动固体散料换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立式多级流动固体散料换热器，包括三层壳体和物料流动掺混器。其中，内层壳体的内部空间为内部流体介质通道，其端部设置有流体介质进出口和内部壳体固定装置。内层壳体和中间层壳体之间的空间为散料流动通道，其设置有物料流动掺混器，包括物料流动控制级和物料掺混控制级。中间层壳体和外层壳体之间的空间为外部流体介质通道。中间层壳体顶部设置有散料入料口和物料流动掺混器动力装置。中间层壳体底部设置有散料排料口和壳体固定装置。外层壳体外侧设置有换热器固定装置和外部流体介质的进出口。本发明对散料粒度和形状适应性强，散料流动架桥、堵塞风险小，可根据不同散料温度和流量做出快速调整，易实现安全生产和高效换热。

Description

立式多级流动固体散料换热器

技术领域

本发明涉及一种热交换装置，特别是换热对象为粉状、块状或者两者掺混的宽粒径散料进行换热的装置。可用于高温固体散料余热回收、工业高温散料冷却、工业原料加热、以及其他散料冷却或加热过程。

背景技术

现代工业生产过程中会产生大量待冷却或加热的块状或粉状散料，如我国冶金、建材等行业每年产生45亿吨以上高温散料，余热量超过1亿吨标煤。目前针对块状物料的干熄焦、链-回-环等技术已经成熟，适用于粉状物料的多级旋风、喷动床、滚筒冷却器等技术也已获得大量应用，但对于工业中大量煅烧原料、工业炉渣等既含块料又含粉体的固体散料，其粒度覆盖范围广、产率及温变跨度大，其冷却难度大，效率低。

散料的换热方式主要分为直接换热和间接换热，间接换热由于换热介质和散料通过换热面隔离，不直接接触，避免了除尘、散料或换热介质污染等问题，应用更为广泛。现有针对固体散料的间接换热技术主要是管排式换热器、板式换热器、立筒螺旋式冷却器、斜槽式冷却器和滚筒冷却器。

现有的管排式换热器和板式换热器，一般用于对粉体的冷却，其结构简单，靠重力驱动流动，散料在换热器内流动状态可控性差，难以根据散料流量变化做出及时调整，易出现布料不均匀现象。换热器对散料粒径和流动性敏感，易发生阻塞架桥和局部过热。

现有的立筒螺旋式冷却器,对散料流动控制性强，但仅外壳侧有换热装置，螺旋只能控制散料的垂直运动，物料掺混度差，散料通道内靠旋转中心的散料换热效果差，散料温度分布不均匀。

现有的斜槽式冷却器，一般用于对粉体的冷却，物料做直线运动，掺混度差，物料流速快，与换热面接触时间短，换热效果差，换热管磨损严重。

现有的滚筒冷却器用于对高温粉状的物料在线冷却，对散料粒径和形状不敏感，但其传热系数低、体积大、能耗高，滚筒冷却器换热管与高温物料周期性接触，物料填充率低。

发明内容

本发明提供一种可克服现有技术不足的立式多级流动固体散料换热器，其对散料粒度和形状适应性强，散料流动架桥、堵塞风险小，可根据不同散料温度和流量做出快速调整，易实现安全生产和高效换热。这种换热器可以很方便的进行拆装，对其中的部件进行保养或更换。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明的立式多级流动固体散料换热器具体结构是：包括三层壳体和物料流动掺混器，内层壳体的内部空间为内部流体介质通道，其端部设置有流体介质进口、出口和内部壳体固定装置。内层壳体和中间层壳体之间的空间为散料流动通道，其设置有物料流动掺混器，物料流动掺混器至少包括一级物料流动控制级和至少包括一级物料掺混控制级。中间层壳体和外层壳体之间的空间为外部流体介质通道。外层壳体顶部设置有散料入料口、物料流动掺混器动力装置等装置。外层壳体底部设置有散料排料口等装置。外层壳体外侧设置有壳体固定装置和外部流体介质的进口、出口。

流体介质通道内部壁面上设置用于强化换热或导流的装置，如折流板、纽带和内翅片等。内层壳体和中间层壳体端部设置有大小不等的法兰，将壳体和其他部件相固定。外层壳体壁由绝缘材料制成，或者在外层壳体外围包裹绝缘材料。

物料流动掺混器设置有螺旋叶片和物料掺混装置，至少一片螺旋叶片组成一级物料流动控制级，至少一组物料掺混装置组成一级物料掺混控制级，多个物料流动控制级和物料掺混控制级从上至下交错排列形成多级物料流动掺混控制，物料流动掺混器至少包含一级物料流动控制级和一级物料掺混控制级。每级物料流动控制级中螺旋叶片绕旋转中心等角度圆形阵列，其阵列螺旋叶片数量和螺旋叶片螺距可由散料粒径、流动特性和换热需求等条件决定。每级物料掺混控制级中物料掺混装置可以是任意具有掺混功能的肋片结构(如钉柱)，物料掺混装置(如钉柱)绕旋转中心等角度圆形阵列，其长度和数量等可由散料粒径、流动特性和换热需求等条件决定。

转动部件(如物料流动掺混器)和静止部件(如壳体)之间通过转盘支撑轴承或轴承和与其配套的轴承座连接，其中心轴线重合。

可多个立式多级流动固体散料换热器串联或并联连接，形成组合立式多级流动固体散料换热器。

本发明有如下优点：

1)散料在散料流动通道内发生多级流动，在物料流动控制级中散料靠重力驱动和螺旋驱动散料流动，在物料掺混控制级中靠重力驱动散料流动，靠旋转的物料掺混装置掺混散料。物料的掺混一方面可以破坏温度边界层强化换热，另一方面可防止物料在流动过程中堵塞架桥。重力和螺旋两种物料驱动方式可实现更好的物料流态控制，能够对生产或换热所需流态进行动态响应。

2)物料流动控制级和物料掺混控制级沿散料流动方向合理的交错排列，可实现高效的热交换和可靠的散料流动控制。

3)本发明立式多级流动固体散料换热器对散料粒度和形状适应性强，由于特殊的物料流动掺混器设计，散料在通道内流动架桥、堵塞风险小。针对不同粒径范围内的散料，合理的物料流动控制级和物料掺混控制级设计可避免散料流动架桥和堵塞问题。

4)相对已有的立式螺旋换热器由于增加了内壳体换热器，相同体积下本发明换热面积大，物料掺混度强，物料温度分布均匀，换热能力强。

5)本发明立式多级流动固体散料换热器物料填充率高，布料均匀，物料流速和与换热面接触时间可动态调整，以适应不同的冷却温度需求。

6)内部流体介质通道和外部流体介质通道既可通相同的流体介质，也可通不同的流体介质，流体介质可从顶部通入，也可以从底部通入，内部流体介质通道和外部流体介质通道也可以串联连接或并联连接。

7)转动部件和静止部件之间通过转盘支撑轴承或轴承和与其配套的轴承座连接，形成一个中心轴线重合的组合体，螺旋叶片和壳体之间的间隙可控制在很小的范围内，降低了影响热量传递的隔热层厚度。

8)本发明立式多级流动固体散料换热器体积小，结构紧凑，拆装方便，可多个立式多级流动固体散料换热器串联或并联连接，形成组合立式多级流动固体散料换热器。

附图说明

图1A为本发明的一个实施例主体部件轴侧示意图

图1B为本发明的一个实施例主体部件轴侧示意图局部剖切示意图

图2为本发明的一个实施例正视图剖切示意图

图3为图2的横切面A-A示意图

图4为物料流动掺混器示意图

图中：1为内部流体介质出口，2为物料流动掺混器驱动齿轮，3为内层壳体顶部固定法兰，4为内层壳体转盘支撑轴承，5为壳体顶部部件固定法兰，6为内层壳体，7为散料入料仓，8为物料流动掺混器，9为散料入料口，10为中间层壳体，11为外部冷却介质出口，12为外层壳体，13为换热器固定装置，14为支撑框架，15为外部冷却介质入口，16为内层壳体底部固定法兰，17为壳体底部部件固定法兰，18为散料出料仓，19为内部冷却介质入口，20为散料出料口，21为物料流动掺混器底部转盘支撑轴承，22为散料出口导流板，23为散料过渡仓，24为内部流体介质通道，25为内层壳体换热器折流板，26为散料流动通道，27为物料流动控制级螺旋叶片，28为物料掺混控制级钉柱掺混器，29为外部流体介质通道，30为外层和中间层壳体换热器折流板，31为物料流动掺混器顶部转盘支撑轴承，32为物料流动掺混器动力装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是文发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由图1-4可见，本发明的立式多级流动固体散料换热器自内而外主要由三层壳体和物料流动掺混器构成：内层壳体6，中间层壳体10，外层壳体12,物料流动掺混器8。内层壳体6的内部空间为内部流体介质通道24，其内部有用于强化换热或导流的折流板25。内层壳体6的端部设置有内层壳体顶部固定法兰3和内层壳体底部固定法兰16。

内层壳体6和中间层壳体10之间的空间构成散料流动通道26，通道内设置有物料流动掺混器8，其旋转中心与内层壳体6和中间层壳体10中心重合，物料流动掺混器8包含交错排列的物料掺混控制级和物料流动控制级，本实施例共三级物料掺混控制级和四级料流动控制级，物料流动掺混器顶部设置有物料流动掺混器驱动齿轮2。物料掺混控制级设置有物料掺混控制级钉柱掺混器28，此实施例5组绕旋转中心等角度圆形阵列的物料掺混控制级钉柱掺混器组成一级物料掺混控制级。物料流动控制级设置有螺旋叶片27，此实施例五片螺旋形叶片沿旋转中心圆形阵列形成一级物料流动控制级，参见图4。

中间层壳体10和外层壳体12之间的空间构成外部流体介质通道23，其内部有用于强化换热和导流的折流板30，外层壳体12外侧设置有外部流体介质出口11、外部流体介质入口15和外层壳体固定装置13。外层壳体12的外侧是用于固定整个换热器的支撑框架14。

中间层壳体10的上部设置有散料入料仓7，散料入料仓上设置有散料入料口9。入料仓7顶部和物料流动掺混器7顶部分别与物料流动掺混器顶部转盘支撑轴承31底部相连，物料流动掺混器顶部转盘支撑轴承31分别与壳体顶部部件固定法兰5和内层壳体转盘支撑轴承4相连，物料流动掺混器驱动齿轮2和内层壳体顶部固定法兰3分别固定在内层壳体转盘支撑轴承4上。壳体顶部部件固定法兰5固定在换热器固定装置13上。支撑框架14顶部设置有物料流动掺混器动力装置32，其与物料流动掺混器驱动齿轮2相连，驱动物料流动掺混器8转动。

中间层壳体10的下部设置有散料过渡仓23，其底部与壳体底部部件固定法兰17相连。物料流动掺混器8底部通过物料流动掺混器底部转盘支撑轴承21固定在壳体底部部件固定法兰17上。内层壳体6通过内层壳体底部固定法兰17固定在壳体底部部件固定法兰17上。散料过渡仓23底部设置有散料出料仓18，用于排出物料。

本发明的换热器在作业时，物料流动掺混器动力装置32驱动物料流动掺混器8转动，需要冷却的固体散料通过入料口9进入到设备内部的散料入料仓7，在自身重力作用下向下运动进入散料流动通道26。然后散料进入第一级物料流动控制级，通过第一物料流动控制级多叶片螺旋的连续喂料作用下均与布满第一物料流动控制级，整体以一定流速均匀向下流动，并与内层壳体6和中间层壳体10表面接触换热。然后散料进入第一物料掺混控制级，在第一物料掺混控制级钉柱掺混器28的搅拌掺混作用下，通道内的散料均匀掺混，由第一级物料流动控制级形成的温度边界层被破坏，散料在掺混的同时又与内层壳体6和中间层壳体10表面接触换热。物料逐渐通过各级物料流动控制级和各级物料掺混控制级掺混换热，最终到散料出料仓18，通过散料出料口20排出立式多级流动固体散料换热器。冷却介质分别从外部冷却介质入口15和内部冷却介质入口19进入外部流体介质通道29和内部流体介质通道24，与散料形成逆向运动。冷却介质在压差的作用下流过通道内的折流板和壳体壁面，带走通道内的热量。冷却介质通过内部流体介质出口1和外部冷却介质出口11流出立式多级流动固体散料换热器。在整个换热过程中，散料在流动通道内的流动和换热状态由物料流动掺混器8转速动态控制，可根据不同的散料温度、散料产率和冷却温度要求综合动态调控物料流动掺混器8转速，以实现安全生产和高效换热。

本发明在使用过程中，内部流体介质通道24和外部流体介质通道29的通道大小可根据换热量大小和布置要求等条件调整。内部流体介质通道24和外部流体介质通道29既可通相同的流体介质，也可通不同的流体介质，流体介质可从顶部通入，也可以从底部通入，内部流体介质通道24和外部流体介质通道29也可以串联连接或并联连接以适应不同的换热或生产要求。

本发明立式多级流动固体散料换热器体积小，结构紧凑，拆装方便,当需要进行检查、清洗、维修或更换部件时只需拆掉各部件的连接法兰即可将整个装置拆分。

本实施例为固体散料冷却，如果要使用本发明为固体加热，只需输入热的流体介质即可。

本发明在使用过程中可多个立式多级流动固体散料换热器串联或并联连接，形成组合立式多级流动固体散料换热器以适应不同生产需求。

Claims (9)

1.一种立式多级流动固体散料换热器，包括三层壳体和物料流动掺混器(8)，其特征在于：内层壳体(6)的内部空间为内部流体介质通道(24)，其端部设置有流体介质进口(19)、出口(1)和内部壳体固定装置，内层壳体(6)和中间层壳体(10)之间的空间为散料流动通道(26)，其设置有物料流动掺混器(8)，物料流动掺混器(8)至少包括一级物料流动控制级和至少包括一级物料掺混控制级，中间层壳体(10)和外层壳体(12)之间的空间为外部流体介质通道(29)，外层壳体(12)顶部设置有散料入料口(9)、物料流动掺混器动力装置(32)，外层壳体(12)底部设置有散料排料口(20)装置，外层壳体(12)外侧设置有壳体固定装置(13)和外部流体介质的进口(15)、出口(11)。

2.根据权利要求1所述立式多级流动固体散料换热器，其特征在于：流体介质通道内部壁面上可设置用于强化换热或导流的装置，是折流板、纽带或内翅片，或折流板、纽带、内翅片的组合。

3.根据权利要求1所述立式多级流动固体散料换热器，其特征在于：内层壳体(6)和中间层壳体(10)端部设置有法兰，将壳体和其他部件相固定,外层壳体(12)壁绝缘。

4.根据权利要求1所述立式多级流动固体散料换热器，其特征在于：物料流动掺混器(8)设置有螺旋叶片(27)和物料掺混装置(28)，至少一片螺旋叶片(27)组成一级物料流动控制级，至少一组物料掺混装置(28)组成一级物料掺混控制级，多个物料流动控制级和物料掺混控制级从上至下交错排列形成多级物料流动掺混控制，物料流动掺混器(8)至少包含一级物料流动控制级和一级物料掺混控制级。

5.根据权利要求1所述立式多级流动固体散料换热器，其特征在于：每级物料流动控制级中螺旋叶片(27)绕旋转中心等角度圆形阵列，螺距大于散料最大粒径且小于散料流动通道长度。

6.根据权利要求1所述立式多级流动固体散料换热器，其特征在于：每级物料掺混控制级中物料掺混装置(28)是任意有掺混功能的肋片结构，物料掺混装置(28)绕旋转中心等角度圆形阵列，物料掺混装置最大长度小于散料流动通道宽度。

7.根据权利要求1所述立式多级流动固体散料换热器，其特征在于：物料流动掺混器动力装置(32)与物料流动掺混器(8)直连，或者通过联轴器或者皮带轮相连。

8.根据权利要求1所述立式多级流动固体散料换热器，其特征在于：转动部件和静止部件之间通过转盘支撑轴承或轴承和与其配套的轴承座连接，其中心轴线重合。

9.根据权利要求1所述立式多级流动固体散料换热器，其特征在于：可多个立式多级流动固体散料换热器串联或并联连接，形成组合立式多级流动固体散料换热器。