專利名稱：熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱交換器，這種類型的熱交換器用于粉末狀固體材料和氣體之間進(jìn)行熱交換。舉例來(lái)說(shuō)，這種熱交換器可用于礦物原料的預(yù)熱，這些礦物原料最終要經(jīng)受燃燒工序，而預(yù)熱可以用燃燒工序排出的熱氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)。
粉末狀固體材料的預(yù)熱可以在旋流分離系統(tǒng)中進(jìn)行，該系統(tǒng)包括有數(shù)個(gè)園柱旋流分離器，這些旋流分離器有一條豎直或水平的主軸線和一個(gè)園錐形底部，其下端有一個(gè)固體材料的出口，如Duda的第20章所述，見(jiàn)水泥數(shù)據(jù)手冊(cè)(Cement-Data-Book)，第一卷，1985年第三版，BauverlagGmBH，WiesbadenundBerlin。
在以前的工藝中，立式旋流分離器通常在頂部有一園形頂板，或者在拱形旋流分離器頂部有一園形開(kāi)口。一個(gè)排氣管道即“中心管道”穿過(guò)頂板或頂部開(kāi)口向下延伸入旋流分離器的園柱體中。懸浮在氣體中的固體材料通過(guò)懸浮物入口沿切線方向送入園柱體中，由于氣體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其中的固體材料由于離心力而拋向罐壁，被罐壁擋住而不滑到園錐形底部并從材料出口中排出，同時(shí)，氣體通過(guò)中心管道從罐中排出。這樣的熱交換器已公布在西德專利DE1，913，305，瑞典專利SE221，971，4，245，981和西德專利DE1，286，696中。在這種典型的分離器中，熱交換是通過(guò)順流熱交換來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在這種熱交換過(guò)程中，材料和氣體流一起在分離器中旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。為了使材料在燃燒工序前，獲得所希望的預(yù)熱溫度，通常必須采用多個(gè)順流熱交換器串聯(lián)，例如，對(duì)于水泥原料的預(yù)熱來(lái)說(shuō)，通常需要四級(jí)或五級(jí)，這就會(huì)迫使水泥廠要有很高的建筑物，需要消耗十分可觀的建筑材料。
在逆流交換熱交換的情況下，如英國(guó)專利GB-A988，284或丹麥專利申請(qǐng)?zhí)?600/85所述，沿切線方向輸入的氣體的向心運(yùn)動(dòng)與在分離器軸線附近輸入的材料的離心運(yùn)動(dòng)正好方向相反，以求獲得比傳統(tǒng)立式旋流分離器更好的熱交換效果，而且，在預(yù)熱器中采用臥式逆流分離器有助于限制預(yù)熱器結(jié)構(gòu)的高度。然而，臥式旋流分離器也有其缺點(diǎn)，具體地說(shuō)，就是其分離率低于傳統(tǒng)的旋流分離器。
因此，本發(fā)明的目的是提供一個(gè)有豎直主軸線并按逆流原理工作的熱交換器，這種熱交換器不僅在材料分離方面，而且在熱交換方面都有足夠高的效率，至少可以代替兩級(jí)旋流分離預(yù)熱器。
按照本發(fā)明，這一目的是通過(guò)如下的一種熱交換器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種熱交換器包括一個(gè)帶有向下漸尖的園錐形底部的園柱形中心部件，一個(gè)凹面朝向中心部件并構(gòu)成熱交換器上部邊界的拱形上部，一個(gè)安裝在園柱形部件壁上的切向設(shè)置的氣體入口，至少一個(gè)起始口沿軸線方向安裝的氣體出口，即中心管道，上述入口和出口的共同作用使氣體在罐內(nèi)形成螺旋形氣流，至少一個(gè)安裝在上部的材料入口和一個(gè)安裝在底部較低位置的材料出口;材料入口和出口的安裝要能給予輸入熱交換器的粉末狀固體材料一個(gè)離心動(dòng)量，使得材料與熱交換器中朝排氣管道向心流動(dòng)的氣體逆向流動(dòng)，進(jìn)行熱交熱;這種熱交換器的特點(diǎn)在于，沿軸線方向安裝的氣體出口是一條向下部取向的管道，至少一開(kāi)始是從其在罐內(nèi)的中心位置向下延伸，然后穿過(guò)園錐形底部，中心部件的半徑b處于下述范圍之內(nèi)1.5d＜b＜3.0d，其中d是排氣管道的直徑，排氣管道的上端和熱交換器上部頂端的距離a在下述范圍內(nèi)2d＜a＜5d。
預(yù)熱器上部的設(shè)計(jì)具有上面所指定的尺寸，其部分原因是為了使熱交換在軸向變得較長(zhǎng)，這樣可以使罐內(nèi)的氣體產(chǎn)生較低的朝著排氣管道的徑向速度，降低已處理的材料的輸送速度，提高熱交換器的分離率，另部分原因是，與原先工藝的熱交換器相比，由于施加到微粒上的離心力和重力的合力的結(jié)果，獲得了一個(gè)經(jīng)改進(jìn)的材料流，使得微粒不僅在軸向而且在徑向與氣體流逆向流動(dòng)。
熱交換器的排氣管道的向下取向可以確保氣體軸向速度和切向速度的最佳配合，因此，管道延伸并穿過(guò)園錐形底部。由于在熱交換器中產(chǎn)生的向下的軸向速度，材料會(huì)下降并在熱交換器中擴(kuò)散開(kāi);由于切向速度，材料被拋向罐壁，材料在罐壁附近與最熱的氣體相接觸并從氣體中分離出來(lái)。通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整排氣管道的上端和熱交換器上部頂端的距離，這兩種效果可以互相配合。
熱交換器在其拱形上部的頂端至少裝配有一個(gè)材料入口，材料入口與旋流分離器軸線的水平距離可達(dá)氣體出口管道直徑的1.5倍，材料入口的傾斜方向與氣流方向一致，與水平面的傾斜角度小于90度。氣流形成一個(gè)從氣體入口到中心管道的向心的徑向勢(shì)能渦流，因此，當(dāng)材料從上述渦流中心附近輸入時(shí)，氣體與材料之間在徑向產(chǎn)生一個(gè)逆流運(yùn)動(dòng)，而材料微粒，由于其密度比氣體高得多，被離心力拋向罐壁。
熱交換器的排氣管道即中心管道的安裝，要使得熱交換器內(nèi)部的管道上部入口位于園柱形中心部件下端平面的上方，其距離為中心管道內(nèi)徑的0至2倍。為了增強(qiáng)熱交換的效果，在靠近排氣管道入口的地方，管道上裝配有一個(gè)隔熱材料的環(huán)形擋板，環(huán)形擋板可以與水平面成40°至70°的角度，并向園錐形底部的內(nèi)壁延伸，這樣在上述內(nèi)壁與環(huán)形擋板之間形成一個(gè)環(huán)形狹縫。已分離的材料可以通過(guò)這一狹縫進(jìn)入材料出口。環(huán)形擋板為熱交換器空腔內(nèi)部的氣體和材料的運(yùn)動(dòng)提供了更為勻稱的狀況，排除了對(duì)園錐形底部中心出口處運(yùn)動(dòng)的干擾。而且，環(huán)形擋板能促使拋向罐內(nèi)壁的材料進(jìn)入氣體的最高溫度區(qū)域。
按照熱交換器的另一個(gè)實(shí)施例，一個(gè)縮短的園錐形底部、環(huán)形擋板的下側(cè)和排氣管道一起，構(gòu)成了尺寸較小的容器罐，這樣可以確保實(shí)現(xiàn)熱交換器的高度有明顯減小。在這種情況下，環(huán)形擋板和園錐形底部之間的環(huán)形狹縫將已分離的材料輸送到用來(lái)傳輸熱材料的風(fēng)動(dòng)槽式傳輸機(jī)。
下面參考附圖，對(duì)本發(fā)明作更為詳盡的解釋，這些附圖是概略性的圖解說(shuō)明，其用來(lái)說(shuō)明實(shí)施例的非限制性的實(shí)例。其中，

圖1是帶有園錐形底部的熱交換器的正視圖;
圖2是上部設(shè)計(jì)與圖1不同的熱交換器的正視圖;
圖3是圖1所示的熱交換器的頂視圖;
圖4顯示了一個(gè)帶有縮短了的園錐形底部的熱交換器。
圖1和圖2所示的熱交換器包括有一個(gè)罐，該罐有一個(gè)有豎直軸線的中空?qǐng)@柱形中心部件1一個(gè)向下漸尖的園錐形底部2，其上設(shè)置有材料出口5;一個(gè)氣體入口3，安裝在中心部件1的壁上，用于將氣體沿切線方向輸入到罐中;以及一個(gè)形狀如拱形蓋的上部7或7′，凹面朝著中心部件。圖1所示的熱交換器具有一個(gè)橢園形上部，而圖2所示的熱交換器具有一個(gè)截園錐形上部。在罐的內(nèi)部裝有一個(gè)軸向排氣管道即中心管道4，管道向下延伸并穿過(guò)上述園錐形底部2的壁。罐的半徑b處于如下范圍1.5d＜b＜3.0d，其中d是罐內(nèi)排氣管道的內(nèi)徑，中心部件1中的排氣管道4的上端與熱交換器上部頂端的合適距離a在下述范圍內(nèi)2d＜a＜5d。
在熱交換器上部的頂端有一個(gè)材料入口8，其開(kāi)口與罐的豎直軸線的水平距離g在如下范圍內(nèi)0＜g＜1.5d，入口設(shè)計(jì)成一個(gè)園管，不伸延到罐內(nèi)，和水平面形成一個(gè)小于90°的角度，傾斜方向和罐內(nèi)的螺旋氣流的運(yùn)動(dòng)方向相同。距離g和傾斜角度β使得罐內(nèi)的材料和氣體在徑向產(chǎn)生最佳的逆流運(yùn)動(dòng)。熱交換器的頂端可能有幾個(gè)材料入口，圖中只畫(huà)出了一個(gè)。
在圖3中，點(diǎn)劃線箭頭表示氣流從入口3沿切線方向輸入，朝著罐的中心部件1內(nèi)軸線安置的出口4的運(yùn)動(dòng)，而虛線箭頭表示從材料入口8加入的材料朝著罐壁的離心運(yùn)動(dòng)。
為了獲得熱交換的最佳氣流速度，氣體出口即中心管道4向下延伸并穿過(guò)園錐形底部2。同時(shí)，為了確保氣體和材料在罐內(nèi)的最佳運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，罐內(nèi)的中心管道上安裝有環(huán)形擋板6，環(huán)形擋板安裝在靠近排氣管道的入口，與水平面形成的角度α在如下范圍40°＜α＜70°，環(huán)形擋板6向園錐形底部的內(nèi)壁延伸，與內(nèi)壁形成環(huán)形狹縫9，材料可以通過(guò)該狹縫9進(jìn)入到材料出口5。舉例來(lái)說(shuō)，環(huán)形狹縫的寬度可以是150毫米。當(dāng)采用環(huán)形擋板時(shí)，伸入到罐內(nèi)的中心管道入口4在園柱形罐的中心部件下端以上的高度f(wàn)通常在如下范圍0＜f＜2.0d。
根據(jù)本發(fā)明，熱交換器的一個(gè)可供選擇的實(shí)施例如圖4所示，該實(shí)施例包括一個(gè)截園錐形上部7′，材料入口8和氣體入口3，其特點(diǎn)在于帶有一個(gè)大大縮短了的園錐形底部2，因此，上述縮短了的底部2、環(huán)形擋板6的下側(cè)和中心管道4構(gòu)成了較小尺寸的熱交換器。在這個(gè)實(shí)施例中，已分離的材料通過(guò)環(huán)形狹縫9進(jìn)入圖中未顯示的用來(lái)傳輸熱材料的風(fēng)動(dòng)槽式傳輸機(jī)，然后，輸送到工廠的下一處理段。
權(quán)利要求
1.一種罐狀熱交換器，包括一個(gè)園柱形中心部件(1)，一個(gè)向下漸尖的園錐形底部(2)，一個(gè)凹面朝向中心部件并構(gòu)成熱交換器上部邊界的拱形上部(7)，一個(gè)安裝在園柱形中心部件壁上的沿切線方向設(shè)置的氣體入口(3)和至少一個(gè)起始口沿軸線方向安裝的氣體出口(4)，兩者使氣體在罐內(nèi)形成螺旋形氣流，至少一個(gè)安裝在罐上部的材料入口(8)，和一個(gè)安裝在罐下部的材料出口(5)；材料入口和出口的安裝要能給予輸入熱交換器粉末狀固體材料一個(gè)離心動(dòng)量，使得材料與熱交換器中朝排氣管向心流動(dòng)的氣體逆向流動(dòng)，進(jìn)行熱交換，這種熱交換器的特點(diǎn)在于，沿軸線方向安裝的氣體出口管道是一條向下取向的管道(4)，該管道至少一開(kāi)始是從其在罐內(nèi)的中心位置軸向往下延伸的，然后穿過(guò)罐的園錐底部(2)；中心部件(1)的半徑b處于下述范圍內(nèi)1.5d＜b＜3.0d，其中d是排氣管道(4)的直徑；排氣管道(4)的上端和熱交換器上部(7)的頂端的距離a在下述范圍內(nèi)2d＜a＜5d。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的熱交換器，其特點(diǎn)在于，位于上部(7)的頂端的材料入口(8)，其傾斜方向與罐內(nèi)的螺旋形氣流的運(yùn)動(dòng)方向相同;材料入口與水平面的傾斜角度β小于90°材料入口與熱交換器豎直軸線合適的水平距離g在如下范圍內(nèi)0＜g＜1.5d。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的熱交換器，其特點(diǎn)在于，園柱形中心部件(1)內(nèi)的排氣管道(4)的上端與園柱形中心部件下端平面的距離f在如下范圍內(nèi)0＜f＜2.0d，在靠近上述排氣管道上端的地方，裝配有一個(gè)隔熱材料的環(huán)形擋板(6)，該環(huán)形擋板與水平面成40°至70°的傾斜角度，并向園錐形底部(2)的內(nèi)壁延伸，環(huán)形擋板的四周與上述底部形成一環(huán)形狹縫(9)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的熱交換器，其特點(diǎn)在于，罐的園錐形底部(2)被縮短，經(jīng)縮短的園錐形底部、環(huán)形擋板(6)的下側(cè)、以及兩者形成的環(huán)形狹縫(9)和管道(4)一起構(gòu)成較小尺寸的容器罐。
全文摘要
一種用于粉末狀固體材料和氣體進(jìn)行熱交換的罐狀熱交換器，包括一個(gè)中空的圓柱形中心部件(1)，其上裝有一個(gè)切向設(shè)置的氣體入口(3)，一個(gè)圓錐形底部(2)，其上裝有一個(gè)材料出口(5)，一個(gè)向下取向的氣體出口(4)，一個(gè)凹面朝著中心部件的拱形上部(7，7′)，其上至少裝有一個(gè)材料入口(8)；向下取向的氣體出口(4)起始口沿軸線方向安裝，成為罐內(nèi)的中心管道，其上裝有環(huán)形擋板(6)，這些部件的構(gòu)成使得熱交換器有最佳的工作狀況。
文檔編號(hào)C04B7/43GK1035885SQ89101258
公開(kāi)日1989年9月27日 申請(qǐng)日期1989年3月7日 優(yōu)先權(quán)日1988年3月8日
發(fā)明者奧拉·安德瑞森 申請(qǐng)人:弗·爾·斯米德思公司