CN210153836U - 一种星形辊式换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种星形辊式换热器，包括中空的星型辊、水套、轴承机构、传动机构、旋转接头、进渣口和出渣口，所述水套为筒形双层中空结构，水套外壳与内壁之间设置换热工质，上端设有进渣口，下端设有出渣口，所述水套的内腔内设置星型辊，星型辊外侧设置换热叶片，两端设置中空轴，所述星形辊通过两端的中空轴上的轴承机构与水套连接并支撑；本换热器适用但不限于热还原法制备镁、钙、钠、铁以及其他工业生产过程中的渣、还原渣以及发电厂锅炉渣等粉状或小颗粒状、导热性差的高温物质的显热回收利用，以加热水等液态工质。也可适用于通过高温液态物质加热粉状物质系统。

Description

一种星形辊式换热器

技术领域

本实用新型涉及一种星形辊式换热器，属于换热器技术领域。

背景技术

火力发电厂锅炉、炼铁高炉、硅热法还原金属镁、铝热法还原金属钙等冶金、能源行业排放的高温渣、还原渣等，最高温度可达1600℃，携带了大量的显热，如果不对该余热进行回收利用或回收利用不当，会造成能源的极度浪费。以硅热法还原金属镁为例，每生产1吨金属镁，大约产生5.5吨还原镁渣，还原镁渣离开还原罐时温度约1200℃左右。江西理工大学陈金清教授等计算，在1200~25℃这个温度区间，还原镁渣的比热容为871J/kg*℃左右，即，每生产1吨金属镁所产生的还原镁渣，从1200℃冷却到25℃，所释放的显热相当于燃烧约192.5kg标煤所释放的热量。我国目前硅热法炼镁年产按90万吨计算，还原镁渣余热利用回收率按60%计算，回收利用的余热相当于约10.5万吨标煤燃烧释放的热量，同时减少了二氧化碳、二氧化硫、粉尘等有害物质的排放，既有着巨大的经济价值，又有着很大的社会和环保价值。

目前行业内对于还原镁渣的处理，一种是通过冷渣机，利用冷却水对热的还原镁渣进行喷淋冷却，同时产生少量的热水与水蒸气。其缺点在于，冷渣机属于半开放运动式系统，难以实现系统的密封，热水分离、水蒸气的收集难以实现，且可利用价值不高。另一种是通过余热锅炉，缺点是该设备为静态传热，传热效率低、处理能力有限。第三种是列管式换热器，利用重力使还原镁渣自上而下的下落，在下落过程中通过列管式换热器，加热换热器中的工质水，缺点是由于还原镁渣的导热性较差，当列管间距较大时，导热程大、热利用率低，而当列管间距较小时，渣的流动性差，容易“噎住”，另外高温还原渣有一定的粘结性，长时间运行后，容易出现渍管但难以清理。

对于火力发电厂高温渣，目前常见的处理方式，一种是通过循环冷却水冷却渣，循环水将渣余热带入冷却塔排入大气，虽然解决了渣快速冷却的问题，但是，渣热量没能有效利用，影响锅炉热效率，而且循环水的争锋也造成水资源在一定程度上的浪费，同时对环境也造成热污染。第二种是采用流化床冷渣器，通过流化介质（空气或低温烟气）对高温渣进行冷却后，低温渣排入除渣系统，受热的流化介质携带少量细颗粒由回风管送回炉膛。

实用新型内容

本实用新型克服上述现有技术的不足，提供了一种星形辊式换热器，本换热器适用但不限于热还原法制备镁、钙、钠、铁以及其他工业生产过程中的渣、还原渣以及发电厂锅炉渣等粉状或小颗粒状、导热性差的高温物质的显热回收利用，以加热水等液态工质。也适用于通过高温液态物质加热粉状物质系统。

本实用新型采用以下技术方案实现：

一种星形辊式换热器，包括中空的星型辊、水套、轴承机构、传动机构、旋转接头、进渣口和出渣口，所述水套为筒形双层中空结构，包括水套外壳和水套内壁，水套内壁材质为导热耐腐蚀材料，所述水套外壳与水套内壁之间为换热工质空间，内部设置换热工质，所述水套上端设有进渣口，下端设有出渣口，所述水套外壳的进渣口和出渣口位置设置有对接法兰，所述水套内壁的进渣口和出渣口位置设置有密封圈槽；

所述进渣口中轴线与所述星型辊中轴线不在同一直线上，存在偏心距d；

所述水套的中空内腔内设置星型辊，所述星型辊为中空结构，外壁上设置若干互相平行的换热叶片，所述星形辊两端设置中空轴，所述中空轴上设置轴承机构和旋转接头，所述中空轴通过旋转接头与换热工质管道连接，所述星形辊通过两端的中空轴上的轴承机构与水套连接并支撑；

所述星型辊一端中空轴上设置齿轮，所述齿轮连接传动机构，所述传动机构包括传动齿轮和给传动齿轮提供动力的电机；

所述中空轴的中空内腔与所述星型辊的中空内腔相连通，所述星型辊中空内腔结构中设置换热工质。

所述偏心距d与水套内壁半径R4形成比例关系：偏心率e，e=d/R4，所述偏心率e范围为“0＜e＜1”之间。

所述换热叶片的轴线方向与所述星型辊的轴线方向一致。

所述水套内壁材料选择钢铁、铜及其合金、铝及其合金中的一种。

所述水套中的换热工质与中空星形辊中的工质为并联关系或串联关系。

所述齿轮还可以为皮带轮或链轮。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

进渣口轴线与星形辊轴线存在一定的偏心距，减少星形辊转动过程中的动力消耗，如果偏心率与渣的流量、密度匹配合适，可以实现无动力转动，传动机构仅作为辅助动力及安全保障。防止e=0时可能存在的高温渣压力过大塞死换热器现象；减少星形辊转动过程中的动力消耗，如果偏心率与渣的流量、密度匹配合适，可以实现无动力转动，传动机构仅作为辅助动力及安全保障。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为图1的A-A向剖面图。

图3为本实用新型偏心距d示意图。

图中，星型辊1、水套2、轴承机构3、旋转接头5、进渣口6、出渣口7、换热空间9、传动方向10、换热叶片11、中空轴12、齿轮15、水套外壳21、水套内壁22、对接法兰23、密封圈槽24。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本实用新型做进一步说明：

如图1-3所示，一种星形辊式换热器，包括中空的星型辊1、水套2、轴承机构3、旋转接头5、进渣口6和出渣口7，所述水套为筒形双层中空结构，包括水套外壳21和水套内壁22，水套内壁材质为导热耐腐蚀材料，所述水套外壳与水套内壁之间为换热工质空间，内部设置换热工质，所述水套上端设有进渣口6，下端设有出渣口7，所述水套外壳22的进渣口和出渣口位置设置有对接法兰23，所述水套内壁的进渣口和出渣口位置设置有密封圈槽24；

所述水套通过对接法兰23连接高温渣装置，所述水套上的密封圈槽24通过连接密封圈将水套内壁与高温渣装置完全隔绝密封，防止换热工质渗入水套与星型辊之间的换热空间内。

所述水套的中空内腔内设置星型辊1，所述星型辊1为中空结构，外壁上设置若干互相平行的换热叶片11，所述星形辊两端设置中空轴12，所述中空轴上设置轴承机构3和旋转接头5，所述中空轴12通过旋转接头5与换热工质管道连接，所述星形辊1通过两端的中空轴12上的轴承机构3与水套2连接并支撑；

所述星型辊1一端中空轴上设置齿轮15，所述齿轮15连接传动机构，所述传动机构包括传动齿轮和给传动齿轮提供动力的电机；图2中旋转箭头10所示为传动机构带动星型辊转动的传动方向。

所述中空轴的中空内腔与所述星型辊的中空内腔相连通，所述星型辊中空内腔结构中设置换热工质。

所述换热叶片11的轴线方向与所述星型辊1的轴线方向一致。

所述水套内壁22材料选择钢铁、铜及其合金、铝及其合金中的一种。

旋转接头5保障中空星形辊在旋转过程中，可以与工质管道实现良好的连接且其中的换热工质不会泄露。

整个换热器工作过程：高温渣受重力作用，进入换热空间，在星形辊带动与重力双重作用下向下运动到出渣口位置，受重力作用从出渣口排出。而液态换热工质从该换热器下端进入，受热后从上端流出，高温渣与工质的传输方向相反，所以属于逆流式换热。

中空星型辊外壁作为基体，设有多道换热叶片，相邻两道换热叶片11、两道叶片之间的星型辊外壁与对应的水套内壁22形成换热空间9，将从换热器进渣口6进入的高温渣分切成细条状，按照如下三种传热途径冷却换热，从而加热水套及辊腔中的工质：

（1）高温渣——该相邻两个换热叶片——星型辊外壁——星型辊空腔内换热工质；

（2）高温渣——星型辊外壁——星型辊空腔内换热工质；

（3）高温渣——水套内壁——水套内换热工质。

换热过程为：水套固定不动，随着星形辊的转动，持续有换热叶片旋转移动到进渣口位置，上述形成换热空间9并分切进渣口进入的高温渣，执行换热过程。上述换热空间随着星形辊的转动而移动，当移动到出渣口位置，上述换热空间失去水套内壁的约束，该换热空间中经过冷却的高温渣脱离换热空间离开该换热空间，换热过程结束。经过出渣口后的相邻两道换热叶片，在出渣口脱渣后，继续转动，与水套内壁形成无渣状态的空间，直到旋转移动到进渣口位置，接受新进的高温渣，重复所述的换热过程。

所述进渣口中轴线与所述星型辊中轴线不在同一直线上，存在偏心距d；所述偏心距d与水套内壁半径R4形成比例关系：偏心率e，e=d/R4，根据需要调整所述偏心率e范围为“0＜e＜1”之间。具有的优点是：

1）防止e=0时可能存在的高温渣压力过大塞死换热器现象；

2）减少星形辊转动过程中的动力消耗，如果偏心率与渣的流量、密度匹配合适，可以实现无动力转动，传动机构仅作为辅助动力及安全保障。

当一道次换热无法实现换热工质充分加热及高温渣充分冷却时，可以将若干个星形辊式换热器进行串联，进行多道次换热。且道次间高温渣受跌落及换热器形状等因素作用，可以实现高温渣的搅拌与再分配，从而使换热空间中内层由于导热性差而未能冷却的高温渣再分配到外层，在下一道次换热器中进行换热冷却。

作为热态换热工质加热粉状或颗粒状物料时，改为热态换热工质从换热器上进下出，冷态粉状物料如上述前述冷却过程相同，同为从上到下传输，实现并流式换热，从而利用热态换热工质对粉状或颗粒状物料的加热。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种星形辊式换热器，其特征在于，包括中空的星型辊、水套、轴承机构、传动机构、旋转接头、进渣口和出渣口，所述水套为筒形双层中空结构，包括水套外壳和水套内壁，水套内壁材质为导热耐腐蚀材料，所述水套外壳与水套内壁之间为换热工质空间，内部设置换热工质，所述水套上端设有进渣口，下端设有出渣口，所述水套外壳的进渣口和出渣口位置设置有对接法兰，所述水套内壁的进渣口和出渣口位置设置有密封圈槽；

所述进渣口中轴线与所述星型辊中轴线不在同一直线上，存在偏心距d；

所述水套的中空内腔内设置星型辊，所述星型辊为中空结构，外壁上设置若干互相平行的换热叶片，所述星形辊两端设置中空轴，所述中空轴上设置轴承机构和旋转接头，所述中空轴通过旋转接头与换热工质管道连接，所述星形辊通过两端的中空轴上的轴承机构与水套连接并支撑；

所述星型辊一端中空轴上设置齿轮，所述齿轮连接传动机构，所述传动机构包括传动齿轮和给传动齿轮提供动力的电机；

所述中空轴的中空内腔与所述星型辊的中空内腔相连通，所述星型辊中空内腔结构中设置换热工质。

2.根据权利要求1所述的一种星形辊式换热器，其特征在于，所述偏心距d与水套内壁半径R4形成比例关系：偏心率e，e=d/R4，所述偏心率e范围为“0＜e＜1”之间。

3.根据权利要求1所述的一种星形辊式换热器，其特征在于，所述换热叶片的轴线方向与所述星型辊的轴线方向一致。

4.根据权利要求1所述的一种星形辊式换热器，其特征在于，所述水套内壁材料选择钢铁、铜及其合金、铝及其合金中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种星形辊式换热器，其特征在于，所述水套中的换热工质与中空星形辊中的工质为并联关系或串联关系。

6.根据权利要求1所述的一种星形辊式换热器，其特征在于，所述齿轮还可以为皮带轮或链轮。

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