專(zhuān)利名稱(chēng):熱交換器的制作方法
本發(fā)明闡述了用于粉狀固體物質(zhì)和氣體之間換熱的熱交換器。例如，這樣的熱交換器可用于預(yù)熱燃燒過(guò)程的原料。它是利用燃燒過(guò)程排出的熱氣流來(lái)進(jìn)行預(yù)熱的。
粉狀固體物質(zhì)的預(yù)熱可在旋風(fēng)分離器系統(tǒng)中完成。該旋風(fēng)分離器系統(tǒng)由如下形狀的旋風(fēng)分離器組成一個(gè)有錐形底部的直立園柱形容器。其端部是固體物質(zhì)的出口，而園柱形容器的頂部由環(huán)形頂板封頂，氣體介質(zhì)出口管穿過(guò)環(huán)形頂板的中心部位插入園柱形容器。懸浮在氣體中的固體物質(zhì)通過(guò)進(jìn)口管，沿切線(xiàn)方向送入園柱形容器。借助氣體在園柱形容器中作園周運(yùn)動(dòng)，固體物質(zhì)被拋向園柱形容器的器壁。固體物質(zhì)在器壁處停止作園周運(yùn)動(dòng)，并滑落到錐形底部，然后通過(guò)固體物質(zhì)出口管卸出。而氣體則通過(guò)在園柱形容器頂部的中心管離開(kāi)熱交換器。
氣體和固體物質(zhì)之間最主要的熱交換已在氣體攜帶懸浮固體物質(zhì)的提升管中發(fā)生。因此，它屬于并流式熱交換。為了在兩種介質(zhì)之間獲得足夠的熱交換，采用多個(gè)串聯(lián)的并流式熱交換器是必要的。例如，為了在燃燒過(guò)程前預(yù)熱水泥原料細(xì)粉，一般需要4-5級(jí)換熱。
眾所周知，當(dāng)熱交換介質(zhì)逆流運(yùn)動(dòng)時(shí)，也就是要預(yù)熱的固體物質(zhì)不斷地向越來(lái)越熱的氣體中移動(dòng)時(shí)，就可提高熱的利用效率。這樣的流動(dòng)模型是我們所希望的。
從英國(guó)專(zhuān)利GB-A-988284已經(jīng)知道這樣一種熱交換器，人們?cè)噲D通過(guò)該熱交換器使粉狀固體物質(zhì)和氣體彼此逆流運(yùn)動(dòng)。這種熱交換器為扁平園柱形容器，園柱體的軸成水平安裝。氣體沿切線(xiàn)方向引入該園柱形容器，并按螺旋形的路線(xiàn)運(yùn)動(dòng)到容器的中心。氣體在該處經(jīng)容器端面上的中心管排出。粉狀固體物質(zhì)沿容器的軸向引入該容器。同時(shí)給予粉狀固體物質(zhì)一個(gè)與氣體排出方向相反的速度，以便防止固體物質(zhì)被氣體攜帶出熱交換器。在另一熱交換器結(jié)構(gòu)中，在離氣體出口管有一定距離的地方引入固體物質(zhì)，以確保容器的氣體渦流使固體物質(zhì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并把它們拋向園柱形容器的器壁。沉積下來(lái)的固體物質(zhì)，通過(guò)在園柱形容器壁最低處的固體物質(zhì)出口管卸出。
然而十分明顯，在英國(guó)專(zhuān)利GB-A-988284已知的這種熱交換器中，會(huì)產(chǎn)生粉狀固體物質(zhì)的某些夾帶。這就需要把一個(gè)單獨(dú)的傳統(tǒng)熱交換器安裝在氣體出口管線(xiàn)上，以便分離夾帶的固體物質(zhì)。然后再把這些固體物質(zhì)在離氣體出口有一個(gè)安全的軸向距離的地方引入園柱形容器。引入固體物質(zhì)的地方離容器的軸越遠(yuǎn)，固體物質(zhì)與熱交換氣體逆流運(yùn)動(dòng)的有效距離就越短。
因此，本發(fā)明的目的是要設(shè)計(jì)一種熱交換器。在該熱交換器中，熱的氣體和粉狀固體物質(zhì)逆向流動(dòng)。同時(shí)改進(jìn)了氣固分離，以使更小的粉狀固體物質(zhì)才會(huì)通過(guò)氣體出口管被夾帶出去。
根據(jù)本發(fā)明，這一目的是通過(guò)下面一種熱交換器來(lái)達(dá)到的該熱交換器有水平軸的園柱形室。有一個(gè)與園柱形室的外器壁成切線(xiàn)方向的氣體進(jìn)口管。至少有一個(gè)氣體出口管，該出口管在靠近園柱形室的軸的位置，穿過(guò)園柱形室的端面。在使用中，從氣體進(jìn)口到氣體出口之間產(chǎn)生一螺旋氣流。至少有一個(gè)固體物質(zhì)進(jìn)口管，它把固體物質(zhì)在靠近園柱形室的軸的地方引入到室內(nèi)。有一個(gè)固體物質(zhì)卸料出口管。被離心拋出的固體物質(zhì)穿過(guò)螺旋氣流達(dá)到園柱形室的外器壁。該熱交換器的特點(diǎn)在于，在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氣體首先沖擊的園柱形室下半部的那一邊，取掉通過(guò)園柱形室軸的垂直面和至少與垂直面成40°角的徑面之間的那塊園柱形器壁;在園柱形室下半部的另一邊，取掉從垂直面到至少與垂直面成50°角的徑面之間的那塊園柱形器壁;它們的長(zhǎng)度至少超過(guò)園柱形室長(zhǎng)度的75%;取掉的園柱形器壁用出口料斗替換。料斗的側(cè)面與園柱形室的軸平行，并與水平面形成50°-70°角。
與到目前為止已知的熱交換器結(jié)構(gòu)相比，這種熱交換器提高氣固分離的能力是由于這一事實(shí)取掉了在園柱形室內(nèi)積累固體物質(zhì)的那部分園柱形器壁。因此，能夠避免在園柱形室內(nèi)固體物質(zhì)對(duì)流動(dòng)產(chǎn)生的干擾。在首先遇到從氣體進(jìn)口管來(lái)的旋轉(zhuǎn)氣體的那一邊，可取掉較小部分的器壁。因?yàn)檫@一部分容易被氣流吹干凈，在料斗邊上沉積的任何固體物質(zhì)會(huì)落到料斗中。
在某些情況下，可以取掉園柱形室下半部這些器壁，其夾角分別大于40°和50°。
雖然保留原有園柱形器壁表面長(zhǎng)度的25%，就能得到比較好的分離能力，出口料斗最好還是跨接整個(gè)園柱形室的長(zhǎng)度。
連接在園柱形器壁上的那部分出口料斗器壁，在園柱形室和料斗之間的過(guò)渡部分，處于園柱形容器的切面上，以便把園柱形器壁平滑地過(guò)渡到料斗壁。
現(xiàn)在參考下列附圖更加詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。其中圖1是本發(fā)明有水平軸的熱交換器的正視圖。
圖2是圖1所示的熱交換器的側(cè)視圖。
圖3是本發(fā)明另一種熱交換器的正視圖。
圖1和圖2表示有切向氣體進(jìn)口管1和中心氣體出口管2的園柱形室6構(gòu)成的熱交換器。在氣體進(jìn)出口之間氣體沿螺旋路線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，如圖中點(diǎn)劃線(xiàn)所示。需用氣體預(yù)熱的粉狀固體物質(zhì)通過(guò)與熱交換器朝前的軸形成銳角的管3引入。管3穿過(guò)熱交換器端面伸長(zhǎng)。而且，該管處于與熱交換器的水平軸平行的平面中。引入的固體物質(zhì)向著熱交換器外壁方向有一定速度并被旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氣體改變方向，使它按虛線(xiàn)所示的螺旋路線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。因此，兩個(gè)螺旋路線(xiàn)上都是圍繞園柱形室的水平軸旋轉(zhuǎn)，但一個(gè)螺旋路線(xiàn)在軸向上是不斷向里運(yùn)動(dòng)，而另一個(gè)螺旋路線(xiàn)在軸向上是不斷向外運(yùn)動(dòng)。
顯然，氣體和固體物質(zhì)在某種程度上相互穿過(guò)這些螺旋圈。通過(guò)固體物質(zhì)從氣體螺旋中的一圈拋向另外的一圈，達(dá)到了逆流的效果。結(jié)果，固體物質(zhì)就與越來(lái)越熱的氣體接觸。
在園柱形容器的最低平的部分園柱形容器壁，延伸到固體物質(zhì)出口料斗4，料斗4端部是分離粉狀固體物質(zhì)的出口管5。
與通過(guò)軸的垂直面兩邊成60°左右?jiàn)A角的園柱形室6的園柱形器壁的最低平的部分被取掉，并用固體物料出口料斗4替換。料斗端部是分離粉狀固體物質(zhì)的出口管5。與園柱形室軸平行的料斗兩側(cè)面，沿平行于軸的線(xiàn)，與園柱形室的器壁連接。兩側(cè)面處于相交于這條線(xiàn)的園柱形容器的切面內(nèi)，并與水平面成60°左右的角。從圖2可以看出，料斗跨接熱交換器的整個(gè)軸長(zhǎng)。但是在料斗的兩端保留25%軸長(zhǎng)的園柱形室最低器壁部分時(shí)，也能達(dá)到滿(mǎn)意的結(jié)果。
可用已知的方法在靠近熱交換器軸的位置上把粉狀固體物質(zhì)引入。例如，經(jīng)軸向穿過(guò)底部的引入管達(dá)到所希望的固體物質(zhì)進(jìn)料位置?；蛴秒x心噴射固體物質(zhì)的方法，用壓縮空氣把固體物質(zhì)射向安裝在室內(nèi)的分布片上。
圖1和圖2表示出固體物質(zhì)進(jìn)口管3，它在靠近園柱形室中心的位置穿過(guò)室的一個(gè)端面，結(jié)果管子與端面形成一銳角，并偏離端面的中心。用這樣一種方式，當(dāng)引入固體物質(zhì)時(shí)，固體物質(zhì)可具有圍繞園柱形室軸運(yùn)動(dòng)的切線(xiàn)方向的速度分量，并與旋轉(zhuǎn)氣體方向相同的方向運(yùn)動(dòng)。
圖3表示本發(fā)明另一可選方案的熱交換器的正視圖。這一可選方案通常與圖1和圖2表示的相一致。對(duì)應(yīng)的部件有相同的數(shù)字。
圖3說(shuō)明料斗壁和圖柱形室的器壁之間的連接處，可在首先遇到從氣體進(jìn)口管1來(lái)的氣流的園柱形室6下部器壁處降低到位置7，而在較晚遇到相同氣流的那部分園柱形室的器壁處保留在位置8。在這一可選方案中，未標(biāo)出固體物質(zhì)進(jìn)口管。
如果引入的氣流中的熱量不能為固體物質(zhì)提供足夠的熱，熱交換器可配有一個(gè)或幾個(gè)燃燒器。在熱交換器用于需要大量熱量的過(guò)程中，例如水泥原料焙燒，上述做法是必要的。
權(quán)利要求
1.一種熱交換器由下列部件組成有水平軸的園柱形室(6)。在園柱形室外器壁上的切向氣體進(jìn)口管(1)。至少一個(gè)氣體出口管(2)，它在靠近園柱形室軸的位置穿過(guò)園柱形室的一個(gè)端面。使用中，從氣體進(jìn)口管(1)到氣體出口管(5)產(chǎn)生一螺旋形氣流。至少一個(gè)固體物質(zhì)進(jìn)口管，它在靠近園柱形室軸的位置把固體物質(zhì)引入室內(nèi)。一個(gè)固體物質(zhì)卸料出口管。被離心拋出的固體物質(zhì)穿過(guò)螺旋形氣流，達(dá)到園柱形室的器壁。該熱交換器的特點(diǎn)在于，在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氣流首先沖擊的園柱形室(6)下半部的那一邊，取掉通過(guò)園柱形室軸的垂直面和與垂直面的夾角至少為40°的軸面之間的那塊園柱形器壁；在園柱形室下半部的另一邊，取掉從垂直面到與垂直面至少有50°夾角的軸面之間的那塊園柱形器壁，其長(zhǎng)度至少為園柱形室長(zhǎng)度的75%，取掉的園柱形器壁用出口料斗替換。出口料斗的側(cè)面與園柱形室的軸平行，并與水平面形成50°-75°夾角。
2.根據(jù)權(quán)利1，熱交換器的特點(diǎn)在于，出口料斗(4)跨接熱交換器從一個(gè)端面到另一個(gè)端面的整個(gè)長(zhǎng)度。
3.根據(jù)權(quán)利1或2，熱交換器的特點(diǎn)在于，料斗壁與園柱形室的軸平行，并與園柱形室(6)的園柱形器壁相切。
專(zhuān)利摘要
一種熱交換器有圓柱形室(6)、外器壁切向氣體進(jìn)口管(1)、軸向氣體出口管(2)和固體物質(zhì)進(jìn)口管(3)。料斗(4)裝有固體物質(zhì)出口管(5)。料斗(4)取代了圓柱形室底部的部分器壁。
文檔編號(hào)F28C3/00GK85101628SQ85101628
公開(kāi)日1987年1月24日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者巴爾萊伯拉爾斯邁爾根瑞, 尼克森·約翰 申請(qǐng)人:F·L施密斯公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan