CN112229252B - 一种高温粉体物料流态化冷却装置 - Google Patents

一种高温粉体物料流态化冷却装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于物料处理技术领域，具体是涉及一种高温粉体物料流态化冷却装置，所述装置包括外壳体、内壳体和若干个热管；内壳体的内部空间为内舱室，内壳体的壳壁与外壳体的壳壁之间的空间为外舱室；热管穿过内壳体的壳壁，一端在内舱室，另一端在外舱室；所述内舱室设置内舱室进口和内舱室出口；所述外舱室设置外舱室进口和外舱室出口；所述装置还包括带有风帽的布风板和风斗，所述风斗连接在布风板之下，风斗通过布风板与外舱室或内舱室连通。本发明适用于化工、冶金、食品、药品等工艺中粉体物料的冷却。本发明可实现热量回收利用，可降低生产能耗和生产成本。

Description

一种高温粉体物料流态化冷却装置
技术领域
本发明属于物料处理技术领域，具体是涉及一种高温粉体物料流态化冷却装置，适用于化工、冶金、食品、药品等工艺中粉体物料的冷却。
背景技术
在化工、冶金、食品、制药等行业工艺过程中，具有较高温度的粉体产物往往需要冷却。特别是当生产规模较大时，因缺乏合适的粉体冷却技术，存在冷却能力不足或者余热回收利用率较低问题。
中国实用新型专利201521116844.9公开了一个细粒铁矿磁化焙烧矿冷却装置，它采用的是水冷螺旋的结构，这种结构冷却能力较小，不适合大规模生产。
中国发明专利申请201911300721.3公开了一种振动流化床冷却机，但该冷却机由于流化床整体振动，不适合大型化。
中国发明专利申请201110312815.X公开了一种固体颗粒冷却装置，流化床内部设置结构复杂的冷却组件，占用流化床内较大空间，特别不适合以空气作为冷却介质。
针对现有粉体冷却器存在的问题，需要开发一种结构简单，热回收率高且又可以采用空气作为冷却介质的冷却装置。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高温粉体流态化冷却装置，该冷却装置可提高热回收率，提高设备冷却能力，简化冷却装置结构，同时可以选择空气或者水作为冷却介质，提高工艺灵活性。
为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种高温粉体物料流态化冷却装置，所述装置包括外壳体、内壳体和若干个热管；内壳体的内部空间为内舱室，内壳体的壳壁与外壳体的壳壁之间的空间为外舱室；热管穿过内壳体的壳壁，一端在内舱室，另一端在外舱室；
所述内舱室设置内舱室进口和内舱室出口；所述外舱室设置外舱室进口和外舱室出口；
所述装置还包括风斗和带有风帽的布风板，所述风斗连接在布风板下部。
优选地，所述外壳体的形状为长方体形或圆柱形；所述内壳体的形状为长方体形或圆柱形。具体可以是在长方体形外壳体内设置长方体形或圆柱形的内壳体，也可以是在圆柱形外壳体内设置长方体形或圆柱形的内壳体。当然，根据需要本领域技术人员还可以选择其它形状。
进一步优选地，所述外壳体和内壳体的形状均为长方体形；内壳体内等距设置若干隔板；隔板上开孔。
优选地，所述带有风帽的布风板呈长方形，长宽比≥2。
进一步优选地，所述外壳体和内壳体的形状均为圆柱形，外壳体和内壳体组成一个单元，若干个单元并列且各单元的外舱室连通。本发明中圆柱体形的外壳体和内壳体的数量可以一个、二个或三个，也可以是多于三个。
进一步地，所述装置还包括旋风分离器，当所述外壳体和内壳体的形状均为圆柱形时，所述旋风分离器的进气口通过管道与外舱室顶部连通，所述旋风分离器的出料口通过返灰管与外舱室连通；当所述外壳体和内壳体的形状均为方形时，所述旋风分离器的进气口通过管道与内舱室顶部连通，所述旋风分离器的出料口通过返灰管与内舱室连通。
更进一步地，所述返灰管上设置锁风阀。
根据需要，所述装置还包括人孔，所述人孔设置在外壳体或内壳体上。
本发明中，当所述外壳体和内壳体的形状均为圆柱形时，所述外舱室作为流化舱室，内舱室作为冷却舱室；当所述外壳体和内壳体的形状均为方形时所述外舱室作为冷却舱室，内舱室作为流化舱室。本领域技术人员根据需要还可以根据内壳体和外壳体的不同形状选择内舱室或外舱室作为流化舱室或冷却舱室。
本发明中，布风板的形状与内外壳体保持一致。
优选地，处于布风板上部空间内的所有舱壁表面设置耐磨层。
根据本发明的一个优选实施例，本发明的装置主要由外壳体、内壳体、布风板、风斗、流化风出气管、隔板、进料口、出料口、旋风分离器、热管、冷却介质进口、冷却介质出口、人孔、锁风阀、返灰管构成；流态化冷却装置按以下构造组合而成：带有风帽的布风板呈长方形，长宽比≥2，在布风板四周和顶部焊接钢板组成内壳体，内壳体之内的长方型空间形成内舱室，内壳体的两端设置进料口和出料口，及人孔；在内壳体内部沿长度方向均匀设置1块或1块以上的隔板，每块隔板上留有开孔；在布风板的下方连接风斗；在内壳体的顶部连接流化风出气管，出气管上端连接旋风分离器，旋风分离器下面连接锁风阀及返灰管，返灰管穿过内壳体的顶板，延伸进入内壳体；在内壳体的两侧壁面上均匀开孔焊接多只热管，热管约一半的长度在内舱室内、其余部分在内舱室外；再将热管所在的两个侧壁之外用钢板围合起来，形成封闭的长方体形状的外舱室；外舱室的三个侧面及上下两面构成外壳体；在外舱室的两端设置冷却介质进口和冷却介质出口。
根据本发明的另一优选实施例，流态化冷却装置按以下方式构造组合而成：外壳体由多个圆柱体并列构成，相邻的两个圆柱体相互联通、之间形成狭窄的通道；外壳体的下部连接带有风帽的布风板，外壳体与布风板形成的封闭空间即为外舱室；在布风板的下方连接风斗；在外壳体的每个圆柱体中央设置一个圆柱形状的密闭式内壳体，构成外壳体的每个圆柱体和其中的内壳体采用同轴布置；在内壳体的侧面焊接多根热管，热管约一半的长度在内壳体内、其余部分在内壳体外；内壳体的内部空间构成内舱室；外壳体的顶部连接一个出气管，出气管上端连接旋风分离器，旋风分离器下面连接锁风阀及返灰管，返灰管穿过外壳体的顶板，延伸进入外舱室；在外壳体两端的圆柱体上设置进料口、出料口及人孔；在每个内壳体上开设冷却介质进口和出口，并通过管道延伸出外壳体之外；内舱室和外舱室处于相互隔绝状态。
本发明中，冷却介质与流化床中物料之间的热量交换是以热管作为导体实现的。
本发明所适用的冷却介质为空气或循环水。
本发明所述热管是靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件。一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部被抽成负压状态，充入适当的工质，工质沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯。热管一端为蒸发端，另外一端为冷凝端，当热管一端受热时，管芯内的工作液体受热蒸发，并带走热量，蒸汽从中心通道流向热管的冷凝段，凝结成液体，同时放出潜热，在毛细管力和重力的作用下，液体回流到蒸发段。这样，不断循环、完成传热过程。
本发明在内壳体侧壁上设置多只热管，热管的冷热两端分别处于内舱室和外舱室之中。
本发明的工作原理是：被冷却的高温粉体物料，进入流化舱室，在流化风作用下形成流化床；流化床的气固混合物与热管进行热交换，热管通过内部工质流动将热量传递到处于冷却舱室内的另一端，然后再与冷却舱室内的冷却介质进行热交换，从而实现热量从热物料到冷却介质的热传递，使粉体物料温度降低而冷却介质温度升高。冷却后的粉体排出冷却装置，升温后的冷却介质离开冷却装置，将热量带到其它热回收系统。根据具体工艺需要，冷却介质可以选择冷却风或冷却水。当冷却介质采用水时，高温热水可以用于发电；当冷却介质采用空气时，热空气可用于其它热工设备，如烘干机或燃烧器等。
热管的热端处于高浓度的气固流化床中，被高浓度的气固混合物加热，传热系数较大，传热效率高；热管的冷端处于冷却舱室中，对冷却介质进行传热。本发明还可以在热管的冷端设置散热翅片，由于热管冷端带有翅片，换热面积较大，也提高了传热效率。
本发明流态化冷却装置采用的流化风气体，可以是煤气、空气或其它气体。所述流化风先进入风斗，再经过布风板进入流化床，对其中的热物料进行流化，经流化风出气管道进入旋风分离器，净化后被所在工艺系统所利用。
由于流化床流化风和冷却介质将被用于所在工艺流程中的其它热工设备，如作为热风炉或燃烧室的燃料或助燃风，或者作为烘干原料的燃料或热风，产生的热水或蒸汽用于发电，从而被冷却的高温热料所拥有的显热得到回收，可以提高工厂热能利用水平。由于避免采用蛇形管或管排的冷却介质管在流化床中弯转盘旋，克服了换热组件的复杂结构，使冷却器结构简化。本装置的应用可提高工厂总体经济效益，并满足大规模生产中粉体冷却的需要。
附图说明
图1为实施例1和2的长方型箱体形状的流态化冷却装置；
图2为图1的I-I向视图；
图3为实施例3和4的多个圆柱体并列形状的流态化冷却装置；
图4为图2的II-II向视图；
附图标记，1：外壳体；2：内壳体；3：内舱室；3-1：布风板；3-2：风斗；3-3：出气管道；3-4：隔板；3-5：内舱室进口；3-6：内舱室出口；4：旋风分离器；5：热管；6：外舱室；6-1：外舱室进口；6-2：外舱室出口；7：人孔；8：锁风阀；9返灰管。
具体实施方式
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本发明，不应该视为对本发明的具体限制。
下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1和2所示，流化床冷却装置外壳体1是一个长方型箱体形状。带有风帽的布风板3-1呈长方形，大小为3000x12000mm，在布风板四周和顶部焊接钢板组成内壳体2，内壳体之内的长方型空间即是作为流化舱室的内舱室3，高度6000mm；在内壳体2的两端设置内舱室进口3-5和内舱室出口3-6(作为高温粉体物料的进料口和出料口)及人孔7；在内壳体2内部沿长度方向均匀设置三块隔板3-4，每块隔板上留有500mm x800mm的开孔；在布风板3-1的下方连接风斗3-2；在内壳体2的顶部连接流化风出气管道3-3，出气管道上端连接旋风分离器4，旋风分离器下面连接锁风阀8及返灰管9，返灰管穿过内壳体2顶板，延伸进入内舱室；在内壳体2的两侧壁面均匀开孔焊接4200只热管5，热管的一半在内壳体之内、另一半处于内壳体之外；再将热管留在内壳体外侧的空间用钢板包围起来，形成封闭的长方体形状的作为冷却舱室的外舱室6；外舱室的三个侧面及上下两面构成外壳体1；在外舱室6的两端设置外舱室进口6-1和外舱室出口6-2(作为冷却介质的进口和出口)；在内舱室3内侧制作一层耐磨浇注料层。流化床冷却装置在与相关设备连接好后，整体满足气密性要求。
本实施例的冷却装置用于高温氧化铝粉体的冷却。空气作为流化风进入风斗3-2，经过布风板3-1分布后，流化风对进入冷却器内的粉体物料进行流化，在内舱室3中形成流化床，对设置在内壳体2上的热管5进行加热，之后流化风离开内舱室，通过出气管道3-3，进入旋风分离器4，在此得到净化，净化后的流化风被用于所在工艺流程中的燃烧室做助燃空气，而收集下来的粉尘返回冷却器内舱室。
高温氧化铝粉体物料通过内舱室进口3-5进入内舱室3形成流化床，对其中的热管5进行加热，粉体横向流动穿过内舱室中设置的三块隔板3-4上的孔，冷却后的物料从内舱室出口3-6排出。
冷却介质为空气，进入外舱室6之后，与热管进行热交换，加热后的空气离开流化床冷却器，被用于所在工艺流程中的文丘里干燥器，从而热量得到利用。
实施例2
如图1和2所示，流化床冷却装置外壳体1是一个长方型箱体形状。带有风帽的布风板3-1呈长方形，大小为2000x6000mm，在布风板四周和顶部焊接钢板组成内壳体2，内壳体之内的长方型空间即是作为流化舱室的内舱室3，高度4000mm；在内壳体2的两端设置内舱室进口3-5和内舱室出口3-6(作为高温粉体物料的进料口和出料口)及人孔7；在内壳体2内部沿长度方向均匀设置两块隔板3-4，每块隔板上留有500mm x500mm的开孔；在布风板3-1的下方连接风斗3-2；在内壳体2的顶部连接流化风出气管道3-3，出气管道上端连接旋风分离器4，旋风分离器下面连接锁风阀8及返灰管9，返灰管穿过内壳体2顶板，延伸进入内舱室；在内壳体2的两侧壁面均匀开孔焊接2000只热管5，热管的一半在内壳体之内、另一半在内壳体之外；再将热管留在内壳体外侧的空间用钢板包围起来，形成封闭的长方体形状的作为冷却舱室的外舱室6；外舱室的三个侧面及上下两面构成外壳体1；在外舱室6的两端设置外舱室进口6-1和外舱室出口6-2(作为冷却介质的进口和出口)；在内舱室3内侧制作一层耐磨浇注料层。流化床冷却器在与相关设备连接好后，整体满足气密性要求。
本实施例的冷却装置用于煅烧高岭土粉体的冷却。空气作为流化风进入风斗3-2，经过布风板3-1分布后，流化风对粉体物料进行流化，在内舱室3中形成流化床，对热管5进行加热，之后流化风气流通过出气管道3-3，进入旋风分离器4，在此得到净化，净化后的流化风被用于所在工艺流程中的燃烧室做助燃空气，而收集下来的粉尘返回冷却器内舱室。
高温的煅烧高岭土粉体物料通过内舱室进口3-5进入内舱室3形成流化床，对热管5进行加热，横向顺序穿过内舱室3中设置的两个隔板，冷却后的物料从内舱室出口3-6排出。
冷却介质为循环水，进入外舱室6之后，与热管进行热交换，加热后的循环水离开流化床冷却器，被用于所在工艺流程中的余热发电，从而热量得到利用。
实施例3
如图3和4所示。流化床冷却装置外壳体1由三个圆柱体并列构成，三个圆柱体相交、之间焊上隔板3-4，隔板上开孔形成通道；外壳体1的下部连接带有风帽的布风板3-1，布风板3-1由两个直径为3500mm圆形组成，两圆中心距3300mm；外壳体1与布风板3-1形成的封闭空间即为作为流化舱室的外舱室6，高度5000mm；在布风板3-1的下方连接风斗3-2；在外壳体的每个圆柱体中央设置一个独立的圆柱形状密闭式的内壳体2，内壳体直径2000mm；构成外壳体的每个圆柱体和其中的内壳体采用同轴布置；在内壳体2的侧面焊接1000根热管，热管的一半在内壳体之内、另一半在内壳体之外；内壳体2的内部空间构成作为冷却舱室的内舱室3；外壳体1的顶部连接一个出气管道3-3，出气管道上端连接旋风分离器4，旋风分离器下面连接锁风阀8及返灰管9，返灰管9穿过外壳体1的顶板，延伸进入外舱室6；在外壳体1两端的圆柱体上设置外舱室进口6-1、外舱室出口6-2(作为高温粉体物料的进料口和出料口)及人孔7；在每个内壳体上开设内舱室进口3-5和内舱室出口3-6，并通过管道延伸出外壳体1之外；在外壳体1的内侧和内壳体2的外侧各制作一层耐磨浇注料层。将流化床冷却器在与相关设备连接好后，整体满足气密性要求。
本实施例的冷却装置用于还原氧化锰粉体的冷却。煤气作为流化风进入风斗3-2，经过布风板3-1分布后，流化风对粉体物料进行流化形成流化床，对热管5进行加热，之后流化风气流通过出气管道3-3，进入旋风分离器4，在此得到净化，净化后的煤气被用于所在工艺流程中的燃烧室燃烧，而收集下来的粉尘返回冷却器。
高温氧化锰粉体物料通过外舱室进口6-1进入外舱室6中形成流化床，对热管5进行加热，横向穿过两道隔板3-4，冷却后的氧化锰粉体物料从外舱室出口6-2排出。
冷却介质为空气，进入作为冷却舱室的内舱室3之后，与热管进行热交换，加热后的空气离开流化床冷却器，被用于所在工艺流程中的回转式烘干机，从而热量得到利用。
实施例4
如图3和4所示。流化床冷却装置外壳体1由三个圆柱体并列构成，相邻两个圆柱体相交、之间焊上隔板3-4，隔板上开孔形成通道；外壳体1的下部连接带有风帽的布风板3-1，布风板3-1由三个直径为4500mm圆形组成，两圆中心距4300mm；外壳体1与布风板3-1形成的封闭空间即为作为流化舱室的外舱室6，高度6000mm；在布风板3-1的下方连接风斗3-2；在外壳体的每个圆柱体中央设置一个独立的圆柱形状的密闭式的内壳体2，内壳体直径3000mm；构成外壳体的每个圆柱体和其中的内壳体采用同轴布置；在内壳体2的侧面焊接2000根热管，热管的一半在内壳体之内、另一半在内壳体之外；内壳体2的内部空间构成作为冷却舱室的内舱室3；外壳体1的顶部连接一个出气管道3-3，出气管道上端连接旋风分离器4，旋风分离器下面连接锁风阀8及返灰管9，返灰管9穿过外壳体1的顶板，延伸进入外舱室；在外壳体1两端的圆柱体上设置外舱室进口6-1、外舱室出口6-2(作为高温粉体物料的进料口和出料口)及人孔7；在每个内壳体上开设内舱室进口3-5和内舱室出口3-6，并通过管道延伸出外壳体1之外；在外壳体1的内侧和内壳2的外侧各制作一层耐磨浇注料层。将流化床冷却器在与相关设备连接好后，整体满足气密性要求。
本实例用于铁矿石磁化焙烧粉体冷却。煤气作为流化风进入风斗3-2，经过布风板3-1分布后，流化风对粉体物料进行流化，在外舱室6中形成流化床，对热管5进行加热，之后流化风气流通过出气管道3-3，进入旋风分离器4，在此得到净化，净化后的煤气被用于所在工艺流程中的燃烧室燃烧，而收集下来的粉尘返回冷却器。
高温氧化铁粉体物料从外舱室进口6-1进入外舱室6中形成流化床，对热管5进行加热，横向顺序穿过两道隔板3-4，冷却后的氧化铁粉体物料从外舱室出口6-2排出。
冷却介质为循环水，进入内舱室3之后，与热管进行热交换，加热后的循环水离开流化床冷却装置，被用于所在工艺流程中的汽轮发电机发电，从而热量得到利用。
本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种高温粉体物料流态化冷却装置，其特征在于，所述装置包括外壳体(1)、内壳体(2)和若干个热管(5)；内壳体(2)的内部空间为内舱室(3)，内壳体(2)的壳壁与外壳体(1)的壳壁之间的空间为外舱室(6)；热管(5)穿过内壳体(2)的壳壁，一端在内舱室，另一端在外舱室；
所述内舱室(3)设置内舱室进口(3-5)和内舱室出口(3-6)；所述外舱室(6)设置外舱室进口(6-1)和外舱室出口(6-2)；
所述装置还包括带有风帽的布风板(3-1)和风斗(3-2)，所述风斗(3-2)连接在布风板(3-1)下部，风斗通过布风板(3-1)与外舱室(6)或内舱室(3)连通；
在内壳体内部沿长度方向设置1块或均匀设置1块以上的隔板，每块隔板上留有开孔。
2.根据权利要求1所述高温粉体物料流态化冷却装置，其特征在于，所述外壳体(1)的形状为长方体形或圆柱形；所述内壳体(2)的形状为长方体形或圆柱形。
3.根据权利要求2所述高温粉体物料流态化冷却装置，其特征在于，所述外壳体(1)和内壳体(2)的形状均为长方体形；内壳体(2)内等距设置若干垂直于布风板的隔板(3-4)。
4.根据权利要求3所述高温粉体物料流态化冷却装置，其特征在于，所述布风板(3-1)呈长方形，长宽比≥2。
5.根据权利要求2所述高温粉体物料流态化冷却装置，其特征在于，所述外壳体(1)和内壳体(2)的形状均为圆柱形，外壳体(1)和内壳体(2)组成一个单元，若干个单元并列且各单元的外舱室连通。
6.根据权利要求1-5任一项所述高温粉体物料流态化冷却装置，其特征在于，所述装置还包括旋风分离器(4)。
7.根据权利要求6所述高温粉体物料流态化冷却装置，所述旋风分离器(4)的进口通过出气管道(3-3)与外壳体(1)或内壳体(2)顶部联通；所述旋风分离器(4)的出口通过返灰管(9)与内壳体(2)或外壳体(1)连通。
8.根据权利要求7所述高温粉体物料流态化冷却装置，其特征在于，所述返灰管(9)上设置锁风阀(8)。
9.根据权利要求1-5任一项所述高温粉体物料流态化冷却装置，其特征在于，所述装置还包括人孔(7)，所述人孔(7)设置在外壳体(1)或内壳体(2)上。
10.根据权利要求1-5任一项所述高温粉体物料流态化冷却装置，其特征在于，在布风板(3-1)上部空间内的所有壁面设置耐磨层。
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