專利名稱：滾筒式高溫粉體冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種工業(yè)過程高溫粉體冷卻裝置，可用于動力發(fā)電(如循環(huán)流化床鍋爐的高溫灰渣冷卻)、工業(yè)爐窯(如高溫窯料冷卻)、化工過程(如反應固體介質(zhì)的冷卻) 以及其他高溫粉體的冷卻過程。
背景技術(shù)：
工業(yè)裝置中的高溫粉體攜帶大量物理顯熱，如不回收利用就會造成巨大的能量浪費。以火力發(fā)電廠循環(huán)流化床鍋爐為例，若300MW循環(huán)流化床鍋爐底渣排放量為100t/h，將這些灰渣由出爐溫度冷卻到略高于環(huán)境的溫度，鍋爐效率可以提高 2%，并且單臺爐的燃料節(jié)省將達到O 2. 5)萬噸/(5000 6000)小時。工業(yè)粉體(建材、石灰、粉體礦料)生產(chǎn)過程中的粉體冷卻過程會直接影響到產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，組織好這類粉體廢熱的回收可以收到非常可觀的經(jīng)濟效益。目前常規(guī)的粉體冷卻裝置都是采用表面式換熱原理來運行的。以發(fā)電廠循環(huán)流化床鍋爐的高溫灰渣冷卻裝置為例。經(jīng)過技術(shù)競爭和市場淘汰， 目前只剩下流化床冷渣器和滾筒冷渣器兩種。前者是利用流化床原理，在流化床中設置埋管受熱面吸收高溫灰渣的物理顯熱，后者是利用滾筒旋轉(zhuǎn)使高溫灰渣周期性地接觸滾筒內(nèi)表面的水冷壁放出物理顯熱。大型循環(huán)流化床鍋爐使用的流化床冷渣器對顆粒尺寸十分敏感，一旦顆粒尺寸超過設計尺寸就會造成冷渣器塌床，進而引發(fā)鍋爐停爐，經(jīng)濟損失巨大。因此，滾筒冷渣器得到了迅速的發(fā)展，其最大優(yōu)點是對顆粒尺寸麻痹，只要鍋爐能運行的顆粒都可以在滾筒中進行冷卻。滾筒冷渣器缺點是傳熱系數(shù)低，冷卻能力小，為滿足鍋爐排渣的冷卻要求，必須采用增大傳熱面積的方法，由于受到一系列技術(shù)限制，目前常規(guī)的做法是加大滾筒冷渣器長度。這不僅妨礙鍋爐正常運行及檢修，還會占用部分消防通道，安全隱患巨大，同時材料耗量也會隨之增大?，F(xiàn)有的滾筒冷渣器有多種型式，如百葉式、多管式、螺旋式等。中國專利網(wǎng)顯示， 目前關(guān)丁流化床鍋爐滾筒冷渣器的專利約有30個，這些冷渣器在換熱方式上絕大部分是依靠高溫灰渣與筒壁間的導熱來進行的。部分冷渣器在結(jié)構(gòu)上做出了改進，如徐杰等人的專利《滾筒式冷渣器》(專利號CN 201181175Y)，改變外筒內(nèi)壁的揚料板結(jié)構(gòu)，使得不與灰渣接觸的換熱面降低到約三分之一；任讓等人的專利《揚料板滾筒冷渣器》(專利號CN 201181176Y)，改變了揚料板的結(jié)構(gòu)，將其做成直板或下部彎折型，加大了顆粒物料的翻動程度；曹煦澄等人的專利《高效冷卻滾筒式冷渣器》(專利號CN 200979169Y)，在導渣葉片上設置一根以上的水管，提高了冷卻效果。在套筒式利水冷筒壁的基礎上，這些專利主要是改進揚料板結(jié)構(gòu)，使高溫灰渣隨著滾筒的轉(zhuǎn)動到達滾筒內(nèi)較高位置向下拋灑，有些還設法在筒內(nèi)空間增加換熱面來強化換熱。這些專利解決的主要問題包含兩個方面內(nèi)容第一，解決了灰渣最大限度跟隨滾筒運動問題，即有效延長了灰渣有效傳熱的時間；第二，解決了滾筒冷渣器承壓能力問題。前者主要反映在各種揚灰板，后者反映在夾套水冷結(jié)構(gòu)基礎上的水冷壁結(jié)構(gòu)。雖然在結(jié)構(gòu)上做出了各種改進，但灰渣冷卻所依靠的主要還是灰渣顆粒群與筒壁間的導熱。導熱是三種傳熱過程中嚴重依賴于物質(zhì)物性的一種傳熱過程。與輻射和對流相比，認為其影響傳熱的限度極其有限。對流傳熱可以通過改變流體速度來改善傳熱效果。滾筒冷渣器工作時，總會存在部分筒壁不被灰渣顆粒覆蓋的工作狀態(tài)，由于灰渣溫度不斷下降，依靠輻射力降低顆粒溫度的能力越來越弱，此時處于很弱的傳熱狀態(tài)。特別是當顆粒溫度低于500°C以后，輻射能力急劇下降，單靠導熱方式來回收熱量必然需要非常大的傳熱面積。國內(nèi)冷渣器主要生產(chǎn)廠家在相關(guān)學術(shù)會議上對產(chǎn)品性能及相應的技術(shù)研究等方面的介紹與現(xiàn)有的專利內(nèi)容是一致的，國內(nèi)期刊中的相關(guān)報道也沒有超出上述專利的技術(shù)范圍。由于滾筒冷渣器的誕生地是中國，可以認為其他語言文獻中沒有相關(guān)的技術(shù)內(nèi)容。本發(fā)明提供的滾筒式高溫粉體冷卻裝置從顆粒與器壁間的傳熱機理出發(fā)組織顆粒的冷卻過程，將滾筒分為輻射換熱段、對流段和導熱段，根據(jù)傳熱機理強化不同階段顆粒與冷卻介質(zhì)的換熱，可有效增大冷卻能力，縮小滾筒長度，節(jié)約制造材料。同時為廠房讓出檢修和消防通道，消除安全隱患，保障生產(chǎn)正常運行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有滾筒冷渣器的技術(shù)缺點，提供一種效果更好的滾筒式高溫粉體冷卻裝置。高溫顆粒內(nèi)部的傳熱過程可以分為四部分①高溫顆粒溫度很高，具有較強的輻射能力，與外界主要進行輻射換熱；②顆粒溫度較高，但輻射換熱不顯著影響顆粒與外界的換熱；③顆粒仍具有較大熱量，其表面與內(nèi)部溫度之間存在較大梯度，此時顆粒與外界主要以對流換熱為主；④顆粒溫度逐漸降低，其表面與內(nèi)部溫度梯度逐漸減小，此時以顆粒內(nèi)部導熱為主，由顆粒內(nèi)部向其表面進行導熱。技術(shù)方案如下一種滾筒式高溫粉體冷卻裝置，包括內(nèi)筒、外筒、外筒壁上的揚灰片以及內(nèi)外筒壁上的凹槽。內(nèi)筒和外筒均由膜式水冷壁構(gòu)成，可以是圓筒形或帶有凹槽的圓筒形。外筒內(nèi)壁布置揚灰片，其功能是將進入裝置內(nèi)的高溫顆粒分配進入內(nèi)外筒之間和內(nèi)筒；內(nèi)筒凹槽邊緣設置承灰片，其主要功能是將外筒拋灑的顆粒引進內(nèi)筒凹槽，實現(xiàn)高溫顆粒與水冷壁之間的對流換熱。外筒內(nèi)側(cè)和內(nèi)筒兩側(cè)設置傳熱肋片，其功能是強化顆粒與水冷表面之間的傳熱。所述的滾筒式高溫粉體冷卻裝置由旋轉(zhuǎn)滾筒、進料機構(gòu)、出料機構(gòu)、支撐機構(gòu)、電機和傳動機構(gòu)組成。旋轉(zhuǎn)滾筒2通過傳動機構(gòu)4(大鏈輪或環(huán)形齒條)由驅(qū)動電機5提供動力。冷渣器由支撐機構(gòu)支撐，包括支撐圈3、支撐輪7 (高度可調(diào))以及擋輪6。冷卻水從入口 9進入，經(jīng)過滾筒吸收熱量后從出口 10匯集，且依靠旋轉(zhuǎn)接頭11把冷卻水入口管、出口管與旋轉(zhuǎn)滾筒連接起來。本發(fā)明提供的滾筒式高溫粉體冷卻裝置主要分為輻射換熱段(圖1中進料機構(gòu)與虛線前部分)、對流段和導熱段。以實施例1(圖2、圖幻為例，輻熱段以顆粒與壁面間的輻射換熱為主，該段內(nèi)筒為鼠籠式光管結(jié)構(gòu)，外筒為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，其內(nèi)側(cè)布置有輻射換熱肋片13，可增大顆粒與壁面之間輻射換熱量。對流段通過帶有一定傾角的揚灰片17推進顆粒向排渣口前進，揚灰片17、凹槽18和承灰片19 一起促成顆粒與水冷表面之間的對流換熱，可有效提高冷卻能力。導熱段顆粒溫度比較低，主要由顆粒內(nèi)部導熱和通過外表面的向外傳熱實現(xiàn)逐步降低的動態(tài)平衡。高溫顆粒從進料機構(gòu)1進入冷渣器，經(jīng)過輻射換熱段時與水冷壁膜片16及輻射換熱肋片13輻射換熱后，在旋轉(zhuǎn)滾筒2的帶動下進入到內(nèi)外筒間和滾筒內(nèi)部，然斤由揚灰片 17和承灰片19將顆粒導流到凹槽18，與對流段水冷壁膜片16交換熱量。到達顆粒出口后， 依靠重力落入出料機構(gòu)8。在滾筒中高溫顆粒不斷沖刷凹槽內(nèi)外表面形成顆粒與水冷表面的有效對流，可增強總體換熱效果。承灰片19承接外筒拋灑下來的顆粒，并將其導入內(nèi)筒凹槽進行換熱。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是1、從高溫顆粒與器壁傳熱機理出發(fā)組織傳熱過程，將滾筒分為輻射換熱段、對流段利導熱段。與現(xiàn)有滾筒冷渣器相比，重點強化了輻射傳熱和顆粒與器壁間的對流換熱，可有效增大冷卻能力；2、相同體積前提下，可顯著增加有效傳熱面積，提高裝置的吸熱能力；3、在輻射換熱段，利用輻射換熱肋片來增大顆粒與壁面之間的輻射換熱量；4、在對流段，通過承灰片、揚灰片和凹槽使顆粒不斷沖刷水冷壁及對流換熱肋片， 強化對流換熱；5、由于強化了傳熱效果，滾筒直徑不變的前提下可縮小滾筒長度，節(jié)約材料。同時可為廠房讓出檢修和消防通道，消除安全隱患，保障生產(chǎn)正常運行。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中筒體的A-A斷面圖(輻射段剖面)；圖3是圖1中筒體的B-B斷面圖(對流段剖面)；圖4、5、6、7、8是筒體A-A五種形式的斷面圖；圖9、圖10、圖11、圖12、圖13是筒體B-B五種形式的斷面圖，圖14是筒體B-B的
內(nèi)筒斷面圖。圖中1.進料機構(gòu)，2.旋轉(zhuǎn)滾筒，3.支撐圈，4.傳動機構(gòu)，5.驅(qū)動電機，6.擋輪， 7.支撐輪，8.出料機構(gòu)，9.冷卻水入口，10.冷卻水出口，11.旋轉(zhuǎn)接頭，12.冷卻水管， 13.輻射換熱肋片，14.外筒，15.內(nèi)筒，16.水冷壁膜片，17.揚灰片，18.凹槽，19.承灰片。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行說明。實施例1 設計參數(shù)灰渣溫度850°C，冷卻到150°C如圖2、圖3所示。滾筒式高溫粉體冷卻裝置筒長4. 5m,水冷外筒直徑1. 2m,內(nèi)筒有效直徑0. 8m ；福射換熱段長1. 5m，沿外筒圓周布置45根水冷管，直徑50mm，兩管中心線夾角為8°，且兩管之間用5mm厚鋼板焊接形成膜式壁，同時在該膜式壁的水冷管上焊接5mm厚直角形鋼板肋片來加強顆粒與壁面間輻射換熱，方向垂直管壁；在對流換熱段，沿內(nèi)筒圓周共布置48根水冷管，每個凹槽壁上均勻布置九根，同樣每兩根水冷管間焊接5mm厚鋼板作為對流換熱肋片，內(nèi)筒共設有6個凹槽，凹槽深0. 3m，其兩側(cè)水冷壁有效夾角為35°，凹槽邊緣設置承灰片承接外筒揚灰片拋撒的顆粒，同時該段的外筒膜式壁水冷管上焊接5mm厚下部彎折鋼板做為揚灰片，彎折角度為，彎向與滾筒旋轉(zhuǎn)方向相同。實施例2如圖9所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述對流換熱段內(nèi)外筒均為凹槽結(jié)構(gòu)，且內(nèi)筒水冷管上未布置承灰片。外筒凹槽深70mm，其兩側(cè)水冷壁有效夾角為25°，沿外筒圓周共布置討根水冷管，其中每個凹槽內(nèi)布置6根。實施例3如圖10所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述對流換熱段內(nèi)筒為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，外筒為實施例2所述凹槽結(jié)構(gòu)。沿內(nèi)筒圓周共布置30根水冷管，兩管之間用5mm厚鋼板焊接形成膜式壁。實施例4如圖11所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述對流換熱段內(nèi)外筒均為凹槽結(jié)構(gòu)，但與實施例2不同的是凹槽個數(shù)。本實例中內(nèi)外筒均布置四個凹槽，內(nèi)筒槽深150mm，其兩側(cè)水冷壁有效夾角為45°，外筒槽深70mm，其兩側(cè)水冷壁有效夾角也為45° ；外筒圓周共布置48根水冷管，每個凹槽內(nèi)布置8根，內(nèi)筒圓周共布置44根水冷管，每個凹槽內(nèi)也布置8根。實施例5如圖12所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述對流換熱段內(nèi)筒為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，外筒為與實施例4相同的凹槽結(jié)構(gòu)。內(nèi)筒圓周共布置30根水冷管，兩管之間用5mm 厚鋼板焊接形成膜式壁。實施例6如圖13所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述對流換熱段內(nèi)筒凹槽數(shù)量。本實施例中，內(nèi)筒設有四個凹槽，槽深150mm，其兩側(cè)水冷壁有效夾角為45°，內(nèi)筒圓周共布置44根水冷管，每個凹槽內(nèi)布置8根。實施例7如圖4所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述輻射換熱段內(nèi)筒膜式水冷壁上布置輻射換熱肋片，彎折角度為，彎向與旋轉(zhuǎn)方向相同。實施例8如圖5所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述輻射換熱段外筒為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒水冷壁上設置與實施例7相同的輻射換熱肋片。實施例9如圖6所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述輻射換熱段內(nèi)外筒均為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)。外筒上布置45根水冷管，內(nèi)筒上布置30根，每兩管之間用5mm厚鋼板焊接形成
膜式壁。實施例10如圖7所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述輻射換熱段內(nèi)筒為與實施例1中對流換熱段內(nèi)筒相同的凹槽結(jié)構(gòu)，也就是采取內(nèi)筒不分段，外筒分段的結(jié)構(gòu)。實施例11如圖8所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述輻射換熱段內(nèi)筒為與實施例9 結(jié)構(gòu)相同的膜式水冷壁結(jié)構(gòu)。實施例12如圖4、9所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述的輻射換熱段中內(nèi)筒為與實施例7相同的膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，所述的對流換熱段內(nèi)外筒采用與實施例2相同的凹槽結(jié)構(gòu)。實施例13如圖4、10所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述的輻射換熱段中內(nèi)筒為與實施例7相同的膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，所述的對流換熱段采用與實施例3相同的內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)。實施例14如圖4、11所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述的輻射換熱段中內(nèi)筒為與實施例7相同的膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，所述的對流換熱段采用與實施例4相同的內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)。實施例15如圖4、12所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述的輻射換熱段中內(nèi)筒為與實施例7相同的膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，所述的對流換熱段采用與實施例5相同的內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)。實施例16如圖4、13所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述的輻射換熱段中內(nèi)筒為與實施例7相同的膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，所述的對流換熱段采用與實施例6相同的內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)。實施例17如圖5、9所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述的輻射換熱段采用與實施例 8相同的結(jié)構(gòu)，所述的對流換熱段為與實施例2相同的內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)。實施例18如圖5、10所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述的輻射換熱段采用與實施例 8相同的結(jié)構(gòu)，所述的對流換熱段為與實施例3相同的內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)。實施例19如圖5、11所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述的輻射換熱段采用與實施例 8相同的結(jié)構(gòu)，所述的對流換熱段為與實施例4相同的內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)。實施例20如圖5、12所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述的輻射換熱段采用與實施例 8相同的結(jié)構(gòu)，所述的對流換熱段為與實施例5相同的內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)。實施例21如圖5、13所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述的輻射換熱段采用與實施例 8相同的結(jié)構(gòu)，所述的對流換熱段為與實施例6相同的內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)。為保護金屬管壁延長滾筒工作壽命，在凹槽突出處焊接防磨肋片。低矮的防磨肋片既有防磨效果也加強了管子的傳熱效果。防磨肋片的焊接方法見圖14?；诒景l(fā)明的構(gòu)思，可以發(fā)現(xiàn)所述內(nèi)外筒可以有多種結(jié)構(gòu)(凹槽個數(shù)0 18)和組合形式，任何基于本發(fā)明思路的實施方式，均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種滾筒式高溫粉體冷卻裝置，按照高溫粉體冷卻機理分成輻射換熱段、對流段和導熱段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述滾筒式高溫粉體冷卻裝置，其特征在于包括內(nèi)筒、外筒、外筒壁上的揚灰片以及內(nèi)外筒壁上的凹槽。內(nèi)筒和外筒均由膜式水冷壁構(gòu)成，揚灰片沿外筒內(nèi)壁圓周布置，彎向與滾筒的旋轉(zhuǎn)方向相同，內(nèi)筒凹槽邊緣設置承灰片來承接外筒揚灰片拋撒的顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述滾筒式高溫粉體冷卻裝置，其特征在于所述滾筒冷渣器由旋轉(zhuǎn)滾筒、進料機構(gòu)、出料機構(gòu)、支撐機構(gòu)、電機和傳動機構(gòu)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述滾筒式高溫粉體冷卻裝置，其特征在于內(nèi)筒和外筒可以是圓筒形或帶有凹槽結(jié)構(gòu)的筒體，旨在促成高溫顆粒與內(nèi)外筒壁之間的對流傳熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述滾筒式高溫粉體冷卻裝置，其特征在于所述輻射換熱段的外筒水冷壁內(nèi)側(cè)布置帶有換熱功能的肋片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述滾筒式高溫粉體冷卻裝置，其特征在于所述對流段通過揚灰片、承灰片和凹槽配合實現(xiàn)顆粒對冷卻結(jié)構(gòu)的有效對流換熱。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述滾筒式高溫粉體冷卻裝置，其特征在于冷卻水進口和出口采用旋轉(zhuǎn)接頭連接，以保證滾筒旋轉(zhuǎn)時不發(fā)生漏泄；
8.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述滾筒式高溫粉體冷卻裝置，其特征在于內(nèi)筒與外筒之間的聯(lián)絡采用水管連接，保證滾筒整體的剛性。
9.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述滾筒式高溫粉體冷卻裝置，其特征在于凹槽突出處采用防磨肋片。
全文摘要
一種滾筒式高溫粉體冷卻裝置，可用于動力發(fā)電(如循環(huán)流化床鍋爐的高溫灰渣冷卻)、工業(yè)爐窯(如高溫窯料冷卻)、化工過程(如反應固體介質(zhì)的冷卻)以及其他高溫粉體的冷卻過程。包括內(nèi)筒1、外筒2、外筒壁上的揚灰片3和內(nèi)外筒壁上的凹槽4，內(nèi)筒和外筒均由膜式水冷壁(肋片5和水冷管6)構(gòu)成。該裝置主要分為輻射換熱段、對流段和導熱段。輻射段外筒水冷壁上布置輻射換熱肋片來強化換熱；對流段和導熱段內(nèi)筒為凹槽膜式壁結(jié)構(gòu)，旨在膜式壁上形成有效的對流傳熱，外筒水冷壁上設置具有傳熱功能的揚灰片3，凹槽邊緣設置承灰片7來承接外筒揚灰片拋撒的顆粒，其彎向與滾筒的旋轉(zhuǎn)方向相同。本發(fā)明提供的滾筒式高溫粉體冷卻裝置從顆粒與器壁間的傳熱機理出發(fā)組織顆粒的冷卻過程，可有效增大裝置的冷卻能力，縮小滾筒長度，為廠房讓出檢修和消防通道，保障生產(chǎn)正常運行。
文檔編號F28D11/02GK102589330SQ20111000375
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月10日
發(fā)明者劉柏謙 申請人:北京億川匯合科技有限公司