CN113932633A - 一种粉体物料螺旋换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粉体物料螺旋换热器，属于冶金、化工及节能环保设备领域。技术方案包括粉体入口、螺旋上壳体、螺旋叶片、换热列管、上端孔板、下端孔板、中心进水管、中心出水管、进水端封头、出水端封头、螺旋下壳体、粉体出口，所述换热列管沿螺旋叶片轴向穿过螺旋叶片上的管孔，分别连接固定在上端孔板和下端孔板上，并通过上端孔板和下端孔板沿螺旋叶片轴向两端分别依次连接进水端封头、中心进水管和出水端封头、中心出水管，组成同轴的旋转体。本发明装置结构紧凑，空间利用率高，换热效率高，能承受较高温度及压力，可实现粉体物料高效均匀干燥、加热或余热高效回收，可广泛应用于冶金、建材、燃煤或垃圾焚烧发电、化工、轻工等行业。
Description
技术领域
本发明属于冶金、化工及节能环保设备领域，涉及到粉体物料的高效均匀干燥、加热或余热的高效回收，具体的说是涉及一种粉体物料螺旋换热器。
背景技术
对粉体物料加热或冷却时，传统的工艺方案多采用流化床或回转窑等设备。流化床加热或冷却效率虽然很高，但由于需提供流化的气体，能源消耗大，同时用于流化的气体需经除尘净化处理后再与流化床外的介质进行热交换以回收粉体物料的余热，或对粉体物料加热、干燥。回转窑作为粉体物料的加热或冷却设备，同样需要提供换热气体，并且换热面积只限在气-固交界面及粉体物料与回转窑的接触面上，换热效率低，更重要的是设备的空间利用率低，同时所用的气体需经除尘净化处理后再与流化床外的介质进行热交换以回收粉体物料的余热，或对粉体物料加热、干燥。
针对采用流化床或回转窑设备加热或冷却粉体物料时存在的问题，近几年出现的一种新型的粉体物料换热设备-粉体流换热器，其主体由四个部分组成:进料仓、传热板组段、下料装置和控制系统。该装置是一种用于冷却、加热或干燥粉体物料的设备，可替代传统的流化床冷却器和滚筒冷却器。
粉体流冷却器是基于“当有少量物料从密相输送仓中通过时，仓中的所有物料就会发生整体流动”的密相输送原理，结合板式传热技术，通过热传导方式对传热板间的粉体物料进行冷却，粉体物料从传热板板片间均匀可控的自上而下依靠重力缓慢通过【李兴林，张厚清，王莉，粉体流冷却器在催化剂生产上的应用，当代化工，2103，42(6):803-804，809】。
粉体物料从设备顶部进入进料仓，颗粒经进料仓均匀分布进入传热板板间通道上，在立式平行放置的板片之间缓慢下降，以适当的停留时间，实现最佳的出料温度。粉体物料缓慢而且可控流动能有效的防止产品的磨损和分解，从根本上保证产品的颗粒的完整性不被破坏。
尽管粉体流冷却器温度均匀可控，但由于受不同物料特性及物料的物性的改变，在支行过程中，结疤、结块、堵塞以及部件的变形、开裂等还是无法避免，特别是板式换热器加工复杂，不能耐受高压，易变形。
如采用该装置进行纯碱的冷却时，存在结疤、结块、堵塞甚至换热板片的开裂。
纯碱具有易吸潮结块结疤物理特性。干燥后的重质纯碱尽管温度较高，但与之平衡的空气中仍然存在着饱和水蒸汽，随着温度的降低被冷凝。在粉体流换热过程中，其换热板表面温度最低，因此饱和水蒸汽最易在换热板表面凝结。一旦有水蒸汽凝结，重灰中的细粉便会粘结在换热板表面，并最终形成结疤。
为了保证设备结构紧凑，粉体流冷却器换热板间距较小，由于重质纯碱中存在碱球、运碱系统脱落的受潮碱块等。一旦这些块状物进入粉体流冷却器，很容易造成搭桥捧料，堵塞换热板间。为了防止堵塞，需在粉体流冷却器顶部安装气旋筛(具有破碎碱球或受潮碱块的功能)，导致装置结构更加复杂。
受换热板自身结构及换热工艺特点的制约，正常作业状态下，换热板上部温度较高，如果突然停止粉体流下碱作业，而冷却水没有关闭，则会使得换热板温度急剧降低。频繁的热胀冷缩易造成板片焊接处的开裂和板面的变形。
另外，由于粉体物料流过换热间隙是基于密相输送原理，粉体流动特性受粉体粒度、表面摩擦力等影响存在很大的差异，粉体流过换热面的时间控制需充分考虑板壁、箱壁摩擦力对粉体流动的影响，保证粉体流内料面呈近乎平面下降，使得所有换热板间的物料呈均量流动及换热。振动装置的配置，需满足装置弹性负荷的要求，尤其是低负荷运行时，其振动频率能够保证正常出料及料面的有效控制。由此可见，在对粉体物料料位控制及温度控制过程复杂【李凤朝，陈岩，国产粉体流冷却器在重质纯碱生产中的应用，纯碱工业，2015.
(3):3-7】。
这些不足严重限制了该装置的应用领域。特别是对某些高温粉体，粉体流冷却器冷热端温差大，热应力大，板状结构的换热单元极易变形开裂，更重要的是承载的压力不能太高。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题，提供了一种结构紧凑、余热回收效率高、抗结疤、抗堵塞、结构稳定、耐压、耐高温的粉体螺旋换热器。
本发明装置技术方案包括粉体入口、螺旋上壳体、螺旋叶片、换热列管、排气口、上端孔板、下端孔板、中心进水管、中心出水管、进水端封头、出水端封头、螺旋下壳体、粉体出口，所述换热列管沿所述螺旋叶片轴向穿过螺旋叶片上的管孔，分别连接固定在上端孔板和下端孔板上，并通过上端孔板和下端孔板沿螺旋叶片轴向两端分别依次连接进水端封头、中心进水管和出水端封头、中心出水管，组成同轴的旋转体。
所述旋转体位于所述螺旋上壳体和螺旋下壳体组成的封闭式的圆柱体空腔内，所述中心进水管和中心出水管从圆柱体空腔的两端伸出所述圆柱体外；所述螺旋上壳体由上壳体上端封板、上壳体下端封板、上壳体法兰及透视孔组成；所述螺旋下壳体由下壳体上端封板、下壳体下端封板及下壳体法兰组成。
所述旋转体与所述圆柱体同轴并以1.5-5％的倾斜度安装在混凝土基础上，所述圆柱体固定安装在混凝土基础上，所述旋转体通过伸出所述圆柱体外的中心进水管和中心出水管，并通过安装在中心进水管和中心出水管上的轴承固定安装在上端轴承座和下端轴承座上，所述上端轴承座和下端轴承座固定安装在混凝土基础上。
所述换热列管由若干根平行布置的金属管组成，所述金属管的两端分别牢固并密封连接在上端孔板和下端孔板孔板上，所述上端孔板与所述进水端封头牢固并密封连接，所述下端孔板与所述出水端封头牢固并密封连接，所述进水端封头及所述出水端封头凸顶处开设中心孔，所述中心进水管和中心出水管分别牢固并密封连接在进水端封头及所述出水端封头的中心也处；所述进水端封头与所述中心进水管可以采用焊接方式安装在一起，也可以直接铸造成一个整体，所述中心进水管也可以通过与进水端封头铸成一体的凸顶处短管法兰连接；所述出水端封头与所述中心出水管可以采用焊接方式安装在一起，也可以直接铸造成一个整体，所述中心出水管也可以通过与出水端封头铸成一体的凸顶处短管法兰连接。
所述出水端封头凸顶外与所述圆柱体下端封板之间依次设置环形垫块、环形永磁挡盘、环形导电挡盘，所述环形永磁挡盘嵌在导气环内，所述导气环、环形垫块及环形永磁挡盘套在所述中心出水管上并紧密固定在所述出水端封头上；所述环形导电挡盘套在所述中心出水管上并紧密固定在所述圆柱体下端封板上；所述导气环、环形垫块、环形永磁挡盘、环形导电挡盘与所述中心出水管同轴。
所述上壳体下端封板上设置下端吹扫气进口管，所述下端吹扫气进口管依次连通下端吹扫气喷出环缝、下端吹扫气导出口；所述上壳体上端封板上设置上端吹扫气进口管，所述上端吹扫气进口管连通上端吹扫气喷出环缝。
所述环形垫块的材质为高抗压强度的绝热材料，所述导气环的材质为绝热材料。
所述下壳体下端封板上设置接线管，所述环形导电挡盘的通电导线通过所述接线管引了所述圆柱体外。
所述螺旋上壳体与所述螺旋下壳体之间通过法兰定位并固定连接。
穿过所述螺旋叶片管孔的所述换热列管与所述螺旋叶片之间通过断续焊固定连接。
所述依次设置环形垫块、环形永磁挡盘、环形导电挡盘可套在伸出所述圆柱体外侧的中心出水管上。
进一步的，为了解决传统的挡轮控制倾斜的回转体存在的磨损及噪声问题，本发明创造性的采用磁悬浮装置产生电磁力来平衡包含换热列管等的旋转体向下滑动的作用力，并向环缝内通入气体。如此结构设置具有如下技术效果：
a，杜绝了传统挡轮装置产生的摩擦噪声及阻挡力分布不均。传统挡轮装置的阻挡力依靠挡轮的单点提供，受力为点或线，本方案的受力部位为面；同时两受力面不接触，杜绝了摩擦。
b，降温及密封效果。通过设置吹扫气进气管，通入冷却气体，可避免或减少粉体物料进入环缝内。
更进一步的，本发明装置将换热列管穿入螺旋叶片上，并与螺旋叶片断续焊接，具有如下技术效果如下：
a，装置稳定性有强度大幅提高。将螺旋叶片、换热列管以及孔板连接成一个整体，相当于在换热列管中间部位提供了支撑点，减缓了传统的列管换热器只有孔板处固定跨度大存在的水流流动时的列管振动，稳定性提高。
b，换热效率高。螺旋叶片横贯圆柱体整个截面，旋转体旋转时，通过螺旋叶片可全截面的带动粉体物料移动，并对物料具有径向搅拌的效果，换热效率高。
与传统的粉体物料换热设备相比具有如下有益效果：
(1)本发明装置结构紧凑，空间利用率高，换热效率高。在对粉体物料进行冷却或加热时，粉体物料可填充进入带过圆柱体空腔内，淹埋整个换热列管，换热面积大；
(2)能承受较高温度及较高的压力。本装置的换热列管采用无缝钢管制作，能承受较高的温度和压力，同时换热列管穿插在螺旋叶片上，通过螺旋叶片提供了整体固定效果，增加了换热列管的刚性；
(3)动力消耗低。与回转窑相比，本装置只是内部的旋转体转运，减少了回转窑笨重的窑体的旋转运动，节省了动力消耗，同时还减少了通过气体作为中间介质进行换热的过程，减少了气体输送的动力消耗。
本发明装置可广泛应用于冶金、建筑材料、燃煤或垃圾焚烧发电、化工、轻工、环保等行业的粉体物料干燥、加热或余热回收。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图(主视图)。
图2为本发明装置俯视图。
图3为本发明装置A-A剖视图。
图4为①局部放大图。
图5为②局部放大图。
图6为螺旋叶片3结构示意图。
其中：1、粉体入口；2、螺旋上壳体；2-1、上壳体上端封板；2-2、上壳体下端封板；2-3、上壳体法兰；2-4、透视孔；3、螺旋叶片；4、换热列管；5、排气口；6-1、上端吹扫气进口管；6-2、下端吹扫气进口管；6-3、上端吹扫气喷出环缝；6-4、下端吹扫气喷出环缝；6-5、下端吹扫气导出口；7-1、上端孔板；7-2、下端孔板；8-1、中心进水管；8-2、中心出水管；9-1、上端轴承座；9-2、下端轴承座；9-3、轴承；10-1、上端封头；10、混凝土基础；11-1、进水端封头；11-2、出水端封头；12、螺旋下壳体；12-1、下壳体上端封板；12-2、下壳体下端封板；12-3、下壳体法兰；13、粉体出口；14、密封环；15、环形导电挡盘；16、导气环；17、环形永磁挡盘；18、环形垫块；19、接线管；20、放空口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明工艺作进一步解释说明：
实施例：
燃煤锅炉产生的高温烟气进入尾部烟道，经过省煤器(600℃以上)、空气预热器(400℃以上)、SCR脱硝反应器(350℃以上)传递热量降温过程中，会有部分粉煤灰沉降下来。这部分粉煤灰温度较高，目前并未对其余热进行回收利用。
将燃煤锅炉尾部烟道区域的省煤器、预热器等部位沉降下来的粉煤灰从粉体入口1引入到本发明装置：粉体螺旋换热器内，通过上端孔板7-1和下端孔板7-2沿螺旋叶片3轴向两端分别依次连接进水端封头11-1、中心进水管8-1和出水端封头11-2、中心出水管8-2，组成同轴的旋转体的转运，带动粉煤灰从在螺旋上壳体2和螺旋下壳体12围成的封闭式圆柱体空腔内倾斜向上流动到粉体出口13，并与换热列管4内部逆向流动的冷却水通过管壁换热，粉煤灰温度降低，冷却水温度升高，粉煤灰从粉体出口13排出时，温度降到100℃以下，冷却水经过加热后产生水蒸汽从中心出水管8-2引出。
旋转体通过安装在中心进水管8-1外端的传动装置带动旋转。
粉体螺旋换热器启动步骤：
(1)旋转体启动前，通过导电挡盘接线管19处引出的环形导电挡盘15的通电导线，向环形导电挡盘15送电，在环形永磁挡盘17与环形导电挡盘15之间的电磁力作用下，旋转体倾斜上移；
(2)打开进水阀(图中未标示出)，向旋转体注入冷却软水，冷却软水经过中心进水管8-1进入进水端封头11-1，越过上端孔板7-1，进入换热列管4内，再越过下端孔板7-2进入出水端封头11-2，汇入中心出水管8-2；
(3)待换热列管4内充满水后，启动旋转体带动上端孔板7-1、下端孔板7-2、螺旋叶片3、换热列管4等一同旋转，同时通过粉体入口1卸入热态的粉煤灰(温度大于350℃)进入圆柱体内腔内，在螺旋叶片3的旋转、输送作用下，圆柱体内腔内的粉煤灰倾斜向上移动，与换热列管4内的冷却水逆向换热，被冷却后的粉煤灰从粉体出口13排出；
(4)调节粉煤灰的卸入量及冷却水流量，控制从粉体出口13排出的粉煤灰的温度低于100℃。
Claims (11)
1.一种粉体物料螺旋换热器，包括粉体入口、螺旋上壳体、螺旋叶片、换热列管、排气口、上端孔板、下端孔板、中心进水管、中心出水管、进水端封头、出水端封头、螺旋下壳体、粉体出口，其特征在于，所述换热列管沿所述螺旋叶片轴向穿过螺旋叶片上的管孔，分别连接固定在上端孔板和下端孔板上，并通过上端孔板和下端孔板沿螺旋叶片轴向两端分别依次连接进水端封头、中心进水管和出水端封头、中心出水管，组成同轴的旋转体。
2.如权利要求1所述的一种粉体物料螺旋换热器，其特征在于，所述旋转体位于所述螺旋上壳体和螺旋下壳体组成的封闭式的圆柱体空腔内，所述中心进水管和中心出水管从圆柱体空腔的两端伸出所述圆柱体外；所述螺旋上壳体由上壳体上端封板、上壳体下端封板、上壳体法兰及透视孔组成；所述螺旋下壳体由下壳体上端封板、下壳体下端封板及下壳体法兰组成。
3.如权利要求2所述的一种粉体物料螺旋换热器，其特征在于，所述旋转体与所述圆柱体同轴并以1.5-5％的倾斜度安装在混凝土基础上，所述圆柱体固定安装在混凝土基础上，所述旋转体通过伸出所述圆柱体外的中心进水管和中心出水管，并通过安装在中心进水管和中心出水管上的轴承固定安装在上端轴承座和下端轴承座上，所述上端轴承座和下端轴承座固定安装在混凝土基础上。
4.如权利要求1所述的一种粉体物料螺旋换热器，其特征在于，所述换热列管由若干根平行布置的金属管组成，所述金属管的两端分别牢固并密封连接在上端孔板和下端孔板孔板上，所述上端孔板与所述进水端封头牢固并密封连接，所述下端孔板与所述出水端封头牢固并密封连接，所述进水端封头及所述出水端封头凸顶处开设中心孔，所述中心进水管和中心出水管分别牢固并密封连接在进水端封头及所述出水端封头的中心也处；所述进水端封头与所述中心进水管可以采用焊接方式安装在一起，也可以直接铸造成一个整体，所述中心进水管也可以通过与进水端封头铸成一体的凸顶处短管法兰连接；所述出水端封头与所述中心出水管可以采用焊接方式安装在一起，也可以直接铸造成一个整体，所述中心出水管也可以通过与出水端封头铸成一体的凸顶处短管法兰连接。
5.如权利要求3所述的一种粉体物料螺旋换热器，其特征在于，所述出水端封头凸顶外与所述圆柱体下端封板之间依次设置环形垫块、环形永磁挡盘、环形导电挡盘，所述环形永磁挡盘嵌在导气环内，所述导气环、环形垫块及环形永磁挡盘套在所述中心出水管上并紧密固定在所述出水端封头上；所述环形导电挡盘套在所述中心出水管上并紧密固定在所述圆柱体下端封板上；所述导气环、环形垫块、环形永磁挡盘、环形导电挡盘与所述中心出水管同轴。
6.如权利要求2或5所述的一种粉体物料螺旋换热器，其特征在于，所述上壳体下端封板上设置下端吹扫气进口管，所述下端吹扫气进口管依次连通下端吹扫气喷出环缝、下端吹扫气导出口；所述上壳体上端封板上设置上端吹扫气进口管，所述上端吹扫气进口管连通上端吹扫气喷出环缝。
7.如权利要求5所述的一种粉体物料螺旋换热器，其特征在于，所述环形垫块的材质为高抗压强度的绝热材料，所述导气环的材质为绝热材料。
8.如权利要求2或5所述的一种粉体物料螺旋换热器，其特征在于，所述下壳体下端封板上设置接线管，所述环形导电挡盘的通电导线通过所述接线管引了所述圆柱体外。
9.如权利要求2所述的一种粉体物料螺旋换热器，其特征在于，所述螺旋上壳体与所述螺旋下壳体之间通过法兰定位并固定连接。
10.如权利要求1所述的一种粉体物料螺旋换热器，其特征在于，穿过所述螺旋叶片管孔的所述换热列管与所述螺旋叶片之间通过断续焊固定连接。
11.如权利要求1或5所述的一种粉体物料螺旋换热器，其特征在于，所述依次设置环形垫块、环形永磁挡盘、环形导电挡盘可套在伸出所述圆柱体外侧的中心出水管上。
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