專利名稱：自潔型流化床換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及換熱設(shè)備，尤其涉及一種應(yīng)用于回收含塵煙氣或煤氣等易爆氣體熱能
的換熱器。
背景技術(shù)：
各種形式的換熱設(shè)備已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活各領(lǐng)域。在眾多類型的換熱設(shè)備中， 有的造價低廉，但換熱效果差；有的換熱效率較高，但制造復(fù)雜且價格較貴。當(dāng)氣體中含有 粉塵時，問題更趨復(fù)雜，因?yàn)榉蹓m會使換熱設(shè)備堵塞，換熱惡化；更有甚者會將換熱管磨穿， 造成停產(chǎn)等嚴(yán)重事故。 另外，煙氣或煤氣中含有粉塵，即使經(jīng)過除塵后，含塵濃度也可能達(dá)到30mg/m3以 上。此粉塵濃度雖然可以達(dá)到環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，但粉塵對換熱器表面的影響依然存在的，沒有 好的清灰手段必然造成整個換熱過程的劣化。比較適合粉塵特點(diǎn)，目前應(yīng)用較多且清灰效 果好的是激波清灰器，但需要一整套復(fù)雜的系統(tǒng)，而且由于激波清灰過程可能帶有火星，如 果用于煤氣這種易爆氣體就不太安全。 從氣-水換熱過程來講，影響整體換熱效率的往往是氣側(cè)而不是水側(cè)，因?yàn)闅鈧?cè) 的傳熱熱阻更大。有數(shù)據(jù)表明，氣體側(cè)的強(qiáng)制對流換熱系數(shù)在20 100W/(m2. °C )，而水側(cè) 強(qiáng)制對流系數(shù)在1000 15000W/(m2. °C )。在氣體側(cè)加裝翅片或肋管是常用的改善氣體 側(cè)換熱效果的方式，但其側(cè)重點(diǎn)是通過增加換熱表面積來增強(qiáng)換熱效果，氣側(cè)對流換熱系 數(shù)仍然沒有什么突破，而且隨著使用時間增加，翅片表面積灰是常見的，換熱效果隨時間遞 減。 一個典型的對比就是素以換熱優(yōu)良著稱的翅片熱管和普通的翅片水管在換熱效果上 并沒有特別大的差別。所以，歸根結(jié)底，加翅片以增加氣側(cè)的表面積等手段只抓住了換熱問 題的一方面，其另一方面就是要提高氣側(cè)的對流換熱系數(shù)而非單純表面積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決以上問題，提出一種適合于各類含塵煙氣或煤氣等易爆氣 體、安全高效經(jīng)濟(jì)的自潔型流化床換熱器。 本發(fā)明提供的自潔型流化床換熱器包括筒體和換熱管，進(jìn)氣口和出氣口設(shè)置在筒 體上；設(shè)置有多個通孔的氣體預(yù)分布板在筒體中，并且位于進(jìn)氣口和出氣口之間；由多個 大粒子構(gòu)成的大粒子床支承在氣體預(yù)分布板上，在氣體以工作流速通過筒體時大粒子處在 鼓泡狀流化狀態(tài)；換熱管的一部分埋在大粒子床中。 本發(fā)明的自潔型流化床換熱器當(dāng)氣體以工作流速通過筒體時大粒子處在鼓泡狀 流化狀態(tài)，大粒子在將氣體中的熱量傳遞給換熱管的同時使氣流紊亂，數(shù)倍提高換熱管氣 側(cè)的換熱系數(shù)，并且大粒子的碰撞使粘附于換熱管氣側(cè)壁面的粉塵得到清潔。本發(fā)明的自 潔型流化床換熱器適用于各類含塵煙氣或煤氣等易爆氣體，并且具有安全、清灰容易、造價 低 等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為自潔型流化床換熱器的示意性剖視圖；
圖2為圖1的A-A向剖視圖。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)描述。
具體實(shí)施例方式
參見圖l，自潔型流化床換熱器包括大體上為圓筒狀的筒體l，進(jìn)氣口 13和出氣口 12分別設(shè)置在筒體1的兩端，含塵低溫、中溫或高溫?zé)煔饣蛎簹獾纫妆瑲怏w氣體從進(jìn)氣口 13進(jìn)入筒體1，在筒體1中與換熱管2進(jìn)行熱交換后從出氣口 12排出。從進(jìn)氣口 13進(jìn)入 筒體1中的氣體可以是煙氣或煤氣等任何氣體及任何成份，但不包括液體。進(jìn)氣溫度可以 為低溫、中溫或高溫。氣體預(yù)分布板3在筒體1中，位于進(jìn)氣口 13和出氣口 12之間，并且 靠近進(jìn)氣口 13布置。氣體預(yù)分布板3大體上為一塊平板，其上均勻地設(shè)置了等直徑的多個 通孔。筒體1在氣體預(yù)分布板3和進(jìn)氣口 13之間的區(qū)域?yàn)闅怏w預(yù)分布室。多個大粒子4 放置在筒體1中并且受氣體預(yù)分布板3支承。大粒子4的粒徑大于氣體預(yù)分布板3上的通 孔的直徑，以使得大粒子4不會從氣體預(yù)分布板3上的通孔掉出來。在本實(shí)施例中，大粒子 4為金屬空心小球。參見圖2，靜止不動的多個大粒子4堆放在筒體1中形成高度為h的大 粒子床。 筒體1在側(cè)壁上設(shè)置了多個通孔，換熱管2從這些通孔中穿過。為便于安裝，換熱 管2可以由多根直管通過管連接頭連接而成，例如圖1中的換熱管2的平直部分為單根直 管，而彎曲部分為把相鄰兩根直管連接起來的管連接頭。換熱管2以多排多列方式布置，可 以是順排、錯排、斜排等，并且換熱管2的一部分埋在大粒子床中。參見圖2，為了使換熱管 2中的介質(zhì)能夠充分地與氣體和大粒子4進(jìn)行熱交換，換熱管2的布置高度H2可在兩倍大 粒子床高度h的80%以下，即H2 < 1. 6h。換熱管2的兩端分別連接進(jìn)口聯(lián)箱52和出口聯(lián) 箱51，強(qiáng)制循環(huán)水或氣從進(jìn)口聯(lián)箱52通過換熱管2流到出口聯(lián)箱51。換熱管中的換熱介 質(zhì)可以為水、汽、氣中的一種或者其中的兩種或兩種以上的混合物。換熱管2可以采用普通 的碳鋼水管；考慮到可能的換熱管磨損，換熱管2可加裝短翅片。換熱管2的外表可以是光 管、翅片管、各類異型管等任何管外形，內(nèi)里可以是空心光管或熱管元件等任何管內(nèi)組織形 式。為了充分換熱，換熱管2之間的管間距大于大粒子4直徑的1. 5倍。
由筒體1入口氣體的實(shí)際體積流量V(mVh)和適宜的工作流速U(m/s)來設(shè)計(jì)大粒 子床的截面面積，也即筒體l在大粒子床處的截面積。該截面可以是圓形或方形。根據(jù)工 作流速U來選擇在此流速下處于鼓泡流化狀態(tài)的大粒子4的材質(zhì)、粒徑、密度、實(shí)心或空心。 在工作過程中，大粒子顆粒不損耗，并且始終在流化床中。大粒子原料簡便易得，只要在操 作氣速下能達(dá)到流化狀態(tài)，并具有一定強(qiáng)度的顆粒都可作為流化介質(zhì)。大粒子可以是實(shí)心 陶瓷顆粒等具有一定強(qiáng)度和耐磨性的顆粒。為了提高換熱效率，大粒子4優(yōu)選采用金屬空 心小球。在大粒子4的用量要求方面，為了保證全部流化時大粒子4的流化床層高度不超 過筒體1自氣體預(yù)分布板3至出氣口 12的高度Hl (見圖2) ， Hl大約在2h 2. 5h之間。
下面結(jié)合

自潔型流化床換熱器的工作過程。含塵低溫、中溫或高溫?zé)煔?或煤氣等易爆氣體以工作流速從進(jìn)氣口 13進(jìn)入筒體1的氣體預(yù)分布室6，再通過氣體預(yù)分 布板3上的通孔進(jìn)入大粒子床。在氣流作用下，大粒子4呈鼓泡狀流化狀態(tài)，始終在流化床
4中流動，將氣體中的熱量傳遞給換熱管2，換熱管2中流動的介質(zhì)被加熱。由于大粒子4分 散并作不規(guī)則運(yùn)動，使氣流紊亂，大大提高了氣體與換熱管2壁面之間的換熱系數(shù)。根據(jù)操 作氣速不同，流化床內(nèi)氣壁換熱系數(shù)可達(dá)200 600W/(m2. °C )，是普通光管氣壁換熱系數(shù) 的5 IO倍以上。因此，整個換熱過程效率增加數(shù)倍。與此同時氣體中的粉塵由于重量輕， 在氣流作用下呈輸送床狀態(tài)，隨氣流攜帶出筒體1。并且大粒子4的不斷碰撞使粘附于換熱 管氣側(cè)壁面的積灰得到清理，并隨氣流排出。經(jīng)過換熱后的氣體溫度降低并攜帶著灰塵從 出氣口 12排放出筒體1，而換熱管2中的介質(zhì)經(jīng)過換熱后溫度升高并流到出口聯(lián)箱51中， 從而將煙氣或煤氣等易爆氣體中的熱量安全地回收。
權(quán)利要求
一種自潔型流化床換熱器，包括筒體和換熱管，進(jìn)氣口和出氣口設(shè)置在所述筒體上，其特征在于設(shè)置有多個通孔的氣體預(yù)分布板在所述筒體中，并且位于所述進(jìn)氣口和所述出氣口之間；由多個大粒子構(gòu)成的大粒子床支承在所述氣體預(yù)分布板上，在氣體以工作流速通過所述筒體時所述大粒子處在鼓泡狀流化狀態(tài)；所述換熱管的一部分埋在所述大粒子床中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自潔型流化床換熱器，其特征在于，所述大粒子為金屬空心 球或?qū)嵭奶沾深w粒。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潔型流化床換熱器，其特征在于，所述氣體預(yù)分布板上的 通孔均勻分部，所述通孔的直徑小于所述大粒子的粒徑。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潔型流化床換熱器，其特征在于，所述大粒子床的為h，所 述換熱管的布置高度為H2， H2 < 1. 6h。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的自潔型流化床換熱器，其特征在于，所述換熱管以多排多列 方式布置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的自潔型流化床換熱器，其特征在于，所述筒體的側(cè)壁上設(shè)置 有多個通孔，所述換熱管從所述通孔中穿過。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的自潔型流化床換熱器，其特征在于，所述換熱管的管間距大 于1.5倍大粒子粒徑。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的自潔型流化床換熱器，其特征在于，所述換熱管外表為光管、 翅片管或異型管，內(nèi)里為空心光管或熱管元件。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的自潔型流化床換熱器，其特征在于，所述大粒子床 的高度為h，所述筒體自所述氣體預(yù)分布板至出氣口的高度為Hl， Hl約為2 2. 5h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自潔型流化床換熱器，包括筒體和換熱管，進(jìn)氣口和出氣口設(shè)置在筒體上，設(shè)置有多個通孔的氣體預(yù)分布板在筒體中并且位于進(jìn)氣口和出氣口之間，由多個大粒子構(gòu)成的大粒子床支承在氣體預(yù)分布板上，在氣體以工作流速通過筒體時大粒子處在鼓泡狀流化狀態(tài)，換熱管的一部分埋在大粒子床中。大粒子在將氣體中的熱量傳遞給換熱管的同時數(shù)倍提高換熱管氣側(cè)的換熱系數(shù)，并且大粒子的碰撞使粘附于換熱管氣側(cè)壁面的粉塵得到清潔。本發(fā)明適用于各類含塵煙氣或煤氣等易爆氣體，并且具有安全、清灰容易、造價低廉等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號F28D13/00GK101706221SQ20091015267
公開日2010年5月12日 申請日期2009年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月17日
發(fā)明者談慶, 雷震東 申請人:無錫市東方環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究所有限公司