专利名称:热交换器的制作方法
本发明阐述了用于粉状固体物质和气体之间换热的热交换器。例如，这样的热交换器可用于预热燃烧过程的原料。它是利用燃烧过程排出的热气流来进行预热的。
粉状固体物质的预热可在旋风分离器系统中完成。该旋风分离器系统由如下形状的旋风分离器组成一个有锥形底部的直立园柱形容器。其端部是固体物质的出口，而园柱形容器的顶部由环形顶板封顶，气体介质出口管穿过环形顶板的中心部位插入园柱形容器。悬浮在气体中的固体物质通过进口管，沿切线方向送入园柱形容器。借助气体在园柱形容器中作园周运动，固体物质被抛向园柱形容器的器壁。固体物质在器壁处停止作园周运动，并滑落到锥形底部，然后通过固体物质出口管卸出。而气体则通过在园柱形容器顶部的中心管离开热交换器。
气体和固体物质之间最主要的热交换已在气体携带悬浮固体物质的提升管中发生。因此，它属于并流式热交换。为了在两种介质之间获得足够的热交换，采用多个串联的并流式热交换器是必要的。例如，为了在燃烧过程前预热水泥原料细粉，一般需要4-5级换热。
众所周知，当热交换介质逆流运动时，也就是要预热的固体物质不断地向越来越热的气体中移动时，就可提高热的利用效率。这样的流动模型是我们所希望的。
从英国专利GB-A-988284已经知道这样一种热交换器，人们试图通过该热交换器使粉状固体物质和气体彼此逆流运动。这种热交换器为扁平园柱形容器，园柱体的轴成水平安装。气体沿切线方向引入该园柱形容器，并按螺旋形的路线运动到容器的中心。气体在该处经容器端面上的中心管排出。粉状固体物质沿容器的轴向引入该容器。同时给予粉状固体物质一个与气体排出方向相反的速度，以便防止固体物质被气体携带出热交换器。在另一热交换器结构中，在离气体出口管有一定距离的地方引入固体物质，以确保容器的气体涡流使固体物质旋转运动，并把它们抛向园柱形容器的器壁。沉积下来的固体物质，通过在园柱形容器壁最低处的固体物质出口管卸出。
然而十分明显，在英国专利GB-A-988284已知的这种热交换器中，会产生粉状固体物质的某些夹带。这就需要把一个单独的传统热交换器安装在气体出口管线上，以便分离夹带的固体物质。然后再把这些固体物质在离气体出口有一个安全的轴向距离的地方引入园柱形容器。引入固体物质的地方离容器的轴越远，固体物质与热交换气体逆流运动的有效距离就越短。
因此，本发明的目的是要设计一种热交换器。在该热交换器中，热的气体和粉状固体物质逆向流动。同时改进了气固分离，以使更小的粉状固体物质才会通过气体出口管被夹带出去。
根据本发明，这一目的是通过下面一种热交换器来达到的该热交换器有水平轴的园柱形室。有一个与园柱形室的外器壁成切线方向的气体进口管。至少有一个气体出口管，该出口管在靠近园柱形室的轴的位置，穿过园柱形室的端面。在使用中，从气体进口到气体出口之间产生一螺旋气流。至少有一个固体物质进口管，它把固体物质在靠近园柱形室的轴的地方引入到室内。有一个固体物质卸料出口管。被离心抛出的固体物质穿过螺旋气流达到园柱形室的外器壁。该热交换器的特点在于，在旋转运动的气体首先冲击的园柱形室下半部的那一边，取掉通过园柱形室轴的垂直面和至少与垂直面成40°角的径面之间的那块园柱形器壁;在园柱形室下半部的另一边，取掉从垂直面到至少与垂直面成50°角的径面之间的那块园柱形器壁;它们的长度至少超过园柱形室长度的75%;取掉的园柱形器壁用出口料斗替换。料斗的侧面与园柱形室的轴平行，并与水平面形成50°-70°角。
与到目前为止已知的热交换器结构相比，这种热交换器提高气固分离的能力是由于这一事实取掉了在园柱形室内积累固体物质的那部分园柱形器壁。因此，能够避免在园柱形室内固体物质对流动产生的干扰。在首先遇到从气体进口管来的旋转气体的那一边，可取掉较小部分的器壁。因为这一部分容易被气流吹干净，在料斗边上沉积的任何固体物质会落到料斗中。
在某些情况下，可以取掉园柱形室下半部这些器壁，其夹角分别大于40°和50°。
虽然保留原有园柱形器壁表面长度的25%，就能得到比较好的分离能力，出口料斗最好还是跨接整个园柱形室的长度。
连接在园柱形器壁上的那部分出口料斗器壁，在园柱形室和料斗之间的过渡部分，处于园柱形容器的切面上，以便把园柱形器壁平滑地过渡到料斗壁。
现在参考下列附图更加详细地说明本发明。其中图1是本发明有水平轴的热交换器的正视图。
图2是图1所示的热交换器的侧视图。
图3是本发明另一种热交换器的正视图。
图1和图2表示有切向气体进口管1和中心气体出口管2的园柱形室6构成的热交换器。在气体进出口之间气体沿螺旋路线运动，如图中点划线所示。需用气体预热的粉状固体物质通过与热交换器朝前的轴形成锐角的管3引入。管3穿过热交换器端面伸长。而且，该管处于与热交换器的水平轴平行的平面中。引入的固体物质向着热交换器外壁方向有一定速度并被旋转运动的气体改变方向，使它按虚线所示的螺旋路线运动。因此，两个螺旋路线上都是围绕园柱形室的水平轴旋转，但一个螺旋路线在轴向上是不断向里运动，而另一个螺旋路线在轴向上是不断向外运动。
显然，气体和固体物质在某种程度上相互穿过这些螺旋圈。通过固体物质从气体螺旋中的一圈抛向另外的一圈，达到了逆流的效果。结果，固体物质就与越来越热的气体接触。
在园柱形容器的最低平的部分园柱形容器壁，延伸到固体物质出口料斗4，料斗4端部是分离粉状固体物质的出口管5。
与通过轴的垂直面两边成60°左右夹角的园柱形室6的园柱形器壁的最低平的部分被取掉，并用固体物料出口料斗4替换。料斗端部是分离粉状固体物质的出口管5。与园柱形室轴平行的料斗两侧面，沿平行于轴的线，与园柱形室的器壁连接。两侧面处于相交于这条线的园柱形容器的切面内，并与水平面成60°左右的角。从图2可以看出，料斗跨接热交换器的整个轴长。但是在料斗的两端保留25%轴长的园柱形室最低器壁部分时，也能达到满意的结果。
可用已知的方法在靠近热交换器轴的位置上把粉状固体物质引入。例如，经轴向穿过底部的引入管达到所希望的固体物质进料位置。或用离心喷射固体物质的方法，用压缩空气把固体物质射向安装在室内的分布片上。
图1和图2表示出固体物质进口管3，它在靠近园柱形室中心的位置穿过室的一个端面，结果管子与端面形成一锐角，并偏离端面的中心。用这样一种方式，当引入固体物质时，固体物质可具有围绕园柱形室轴运动的切线方向的速度分量，并与旋转气体方向相同的方向运动。
图3表示本发明另一可选方案的热交换器的正视图。这一可选方案通常与图1和图2表示的相一致。对应的部件有相同的数字。
图3说明料斗壁和图柱形室的器壁之间的连接处，可在首先遇到从气体进口管1来的气流的园柱形室6下部器壁处降低到位置7，而在较晚遇到相同气流的那部分园柱形室的器壁处保留在位置8。在这一可选方案中，未标出固体物质进口管。
如果引入的气流中的热量不能为固体物质提供足够的热，热交换器可配有一个或几个燃烧器。在热交换器用于需要大量热量的过程中，例如水泥原料焙烧，上述做法是必要的。
权利要求
1.一种热交换器由下列部件组成有水平轴的园柱形室(6)。在园柱形室外器壁上的切向气体进口管(1)。至少一个气体出口管(2)，它在靠近园柱形室轴的位置穿过园柱形室的一个端面。使用中，从气体进口管(1)到气体出口管(5)产生一螺旋形气流。至少一个固体物质进口管，它在靠近园柱形室轴的位置把固体物质引入室内。一个固体物质卸料出口管。被离心抛出的固体物质穿过螺旋形气流，达到园柱形室的器壁。该热交换器的特点在于，在旋转运动的气流首先冲击的园柱形室(6)下半部的那一边，取掉通过园柱形室轴的垂直面和与垂直面的夹角至少为40°的轴面之间的那块园柱形器壁；在园柱形室下半部的另一边，取掉从垂直面到与垂直面至少有50°夹角的轴面之间的那块园柱形器壁，其长度至少为园柱形室长度的75%，取掉的园柱形器壁用出口料斗替换。出口料斗的侧面与园柱形室的轴平行，并与水平面形成50°-75°夹角。
2.根据权利1，热交换器的特点在于，出口料斗(4)跨接热交换器从一个端面到另一个端面的整个长度。
3.根据权利1或2，热交换器的特点在于，料斗壁与园柱形室的轴平行，并与园柱形室(6)的园柱形器壁相切。
专利摘要
一种热交换器有圆柱形室(6)、外器壁切向气体进口管(1)、轴向气体出口管(2)和固体物质进口管(3)。料斗(4)装有固体物质出口管(5)。料斗(4)取代了圆柱形室底部的部分器壁。
文档编号F28C3/00GK85101628SQ85101628
公开日1987年1月24日 申请日期1985年4月1日
发明者巴尔莱伯拉尔斯迈尔根瑞, 尼克森·约翰 申请人:F·L施密斯公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan