專利名稱：插入式列管換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種換熱器，具體來說是一種插入式的列管換熱器，用于對(duì)粉體或顆
粒狀物料進(jìn)行冷卻或加熱，特別是一種適用于炭粉冷卻的換熱器。
背景技術(shù)：
在炭粉生產(chǎn)加工過程中，根據(jù)工藝要求，該粉體冷卻目標(biāo)是使全部物料冷卻至氧 化溫度(例如100°C )以下。 高溫炭粉化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性差，例如與空氣接觸會(huì)與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO和 (A，與水接觸會(huì)生成水煤氣。因此高溫炭粉的冷卻是一個(gè)難題，特別是微米級(jí)的炭粉。
目前常用的方法是將炭粉體放置于一個(gè)容器內(nèi)，上面覆蓋一定厚度(例如100mm) 的惰性的顆粒狀材料以隔絕空氣，進(jìn)行自然冷卻。然而炭粉特別是微米級(jí)顆粒的炭粉本身 熱傳導(dǎo)性極差，自身就是很好的保溫材料，傳熱系數(shù)很低，所以采用自然冷卻方式降溫效果 很差，以長(zhǎng)X寬X高=1800mmX800mmX800mm立方體的微米級(jí)炭粉為例，經(jīng)過試驗(yàn)，完全 靠自然降溫，冷卻至10(TC所需時(shí)間不低于50天，毫無生產(chǎn)效率可言，造成生產(chǎn)周期極長(zhǎng)、 成本很高。 因此對(duì)于高溫微米級(jí)炭粉的冷卻需要解決如下問題 (1)冷卻過程中炭粉不能流動(dòng)，要保持上面覆蓋的惰性顆粒狀材料相對(duì)靜止以隔 絕空氣。
(2)結(jié)構(gòu)要相對(duì)簡(jiǎn)單，與炭粉接觸部位要盡量減少焊接、密封接口等，以避免冷卻 水泄漏，且要便于經(jīng)常檢查是否有泄漏發(fā)生。
(3)有足夠的換熱面積，以提高冷卻效果。
然而，目前的冷卻設(shè)備都難以滿足上述要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)高溫炭粉冷卻存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種新型的用于炭粉
等粉體換熱用的換熱器，以解決炭粉類材料生產(chǎn)過程中冷卻時(shí)間太長(zhǎng)的問題。 本發(fā)明采用如下技術(shù)解決方案一種插入式列管換熱器，包括裸露且平行安裝的 多組換熱列管，每組換熱列管包括進(jìn)水管和回水管，并且進(jìn)水管和回水管在端部連通，每組 換熱列管在進(jìn)水管與回水管的連通端形成自由端，進(jìn)水管進(jìn)口端通過分水器與進(jìn)水總管相 連通，回水管出口端通過集水器與回水總管相通。 所述的每組換熱列管中的進(jìn)水管和回水管可以連接為U形結(jié)構(gòu)。比較理想的是進(jìn) 水管和回水管為同軸心的內(nèi)管和外管構(gòu)成的套管結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)管為進(jìn)水管，內(nèi)管與外管之 間的環(huán)隙形成回水通道，外管自由端封合，內(nèi)管自由端在外管內(nèi)開口或者加工有出水孔。這 種套管結(jié)構(gòu)相對(duì)于U形結(jié)構(gòu)來說，不但使得整個(gè)換熱列管外表為光滑的直圓管，有利于插 入炭粉中，而且在拔出時(shí)不易帶出物料。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是即使內(nèi)管有泄漏也不會(huì)影響炭粉，減 少了向炭粉中漏水的可能，而且便于焊接和裝配加工。
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所述的外管自由端最好加工成楔形或錐形，以減小插入阻力，便于容易地插入炭 粉堆內(nèi)。 外管采用傳熱系數(shù)高的金屬管以提高傳熱效率，為減少采用套管結(jié)構(gòu)進(jìn)水與回水 通過內(nèi)管管壁直接換熱造成的熱效率低問題，所述的內(nèi)管可以采用傳熱系數(shù)低的非金屬材 料或者是內(nèi)管采用雙層結(jié)構(gòu)，中間夾層內(nèi)有保溫材料層或者抽真空，或者采用由傳熱系數(shù) 低的高分子有機(jī)材料和金屬構(gòu)成的復(fù)合材料。 所述的分水器可以為連接在進(jìn)水總管和各進(jìn)水管入口端之間的支管，更理想的是 分水器可以為一個(gè)進(jìn)水箱，各進(jìn)水管是連接在進(jìn)水箱的面板上并與進(jìn)水箱內(nèi)的進(jìn)水室相連 通，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和降低流體阻力。 所述的集水器可以連接在各回水管出口和回水總管之間的回水支管，更理想的是
采用一個(gè)回水箱，各回水管連接在回水箱的面板上與回水箱內(nèi)的回水室相連通，以簡(jiǎn)化結(jié)
構(gòu)和降低流體阻力，同時(shí)便于裝配，這種結(jié)構(gòu)特別適合于采用套管式結(jié)構(gòu)。 所述的進(jìn)水箱和回水箱可以為一個(gè)密封式水箱，中部由隔板分隔成兩個(gè)腔室，構(gòu)
成所述的進(jìn)水室和回水室，所述的進(jìn)水管穿過所述的回水室固定在所述的隔板上，隔板焊
接在水箱側(cè)壁上。 所述的進(jìn)水箱和回水箱為兩個(gè)獨(dú)立的敝口箱體，所述的進(jìn)水箱和回水箱以敞口相
向的方式通過法蘭連接在一起，所述的固定有內(nèi)管的隔板邊緣被夾在進(jìn)水箱和回水箱法蘭
之間，將進(jìn)水箱與回水箱內(nèi)部空間隔離，且在隔板與進(jìn)水箱法蘭和回水箱法蘭之間有墊片。
這種結(jié)構(gòu)隔板連同其上安裝的內(nèi)管可以方便地拆下，以便于進(jìn)行檢修維護(hù)。 也可以將固定有內(nèi)管的隔板焊接在進(jìn)水箱底部形成面板，使進(jìn)水箱形成密封式水
箱，進(jìn)水箱與回水箱通過法蘭連接，使進(jìn)水箱構(gòu)成回水箱的封頭，這種結(jié)構(gòu)不但同樣能夠?qū)?br> 內(nèi)管從外管取出以便于進(jìn)行檢查、檢修、維護(hù)，而且裝卸方便。 進(jìn)一步地，為使得換熱器容易地插入炭粉，在所述的換熱器頂部還安裝有震搗器， 使炭粉松動(dòng)，減少換熱列管向下插入的阻力。 本發(fā)明的這種插入式列管換熱器，由于各組換熱列管裸露且端部為自由端，因此 能夠插入炭粉中，也能夠方便地抽出，以對(duì)炭粉進(jìn)行冷卻，由于是豎直插入，插入過程和冷 卻過程中不會(huì)破壞上面覆蓋的惰性顆粒層，能夠達(dá)到冷卻過程中隔絕空氣的效果。另外由 于換熱列管裸露，因此每次使用前都可以檢查換熱列管是否有泄漏，以避免冷卻水與高溫 炭粉接觸。換熱列管的數(shù)量和間距可以根據(jù)需要增減以滿足換熱面積的要求。這種換熱器 的換熱列管裸露，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工，成本低。本發(fā)明除可用于炭粉的冷卻外，還可以用于 其它顆?；蚍垠w物料的冷卻，當(dāng)然也可用于升溫。


圖1為本發(fā)明的插入式列管換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的俯視圖。 圖3為換熱列管的其它實(shí)施方式示意圖。 圖4和圖5為水箱的其它實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中，1外管，2內(nèi)管，3水箱，4回水室，5進(jìn)水室，6隔板，7震搗器支撐架，8進(jìn)水總 管，9震搗器，10回水總管，31回水箱，31a回水箱法蘭，32進(jìn)水箱，32a進(jìn)水箱法蘭。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，以助于理解本發(fā)明的內(nèi) 容。 如圖1所示，是本發(fā)明的插入式列管換熱器的較佳實(shí)施例，包括裸露且平行安裝 的多組換熱列管，每組換熱列管包括同心安裝的外管1和內(nèi)管2，外管1下端為自由端且封 死，內(nèi)管2下端在外管內(nèi)開口使內(nèi)管和外管在下端的自由端連通。內(nèi)管2構(gòu)成進(jìn)水管，外管 1構(gòu)成回水管。 內(nèi)管2 (即進(jìn)水管)進(jìn)口端通過進(jìn)水室5與進(jìn)水總管8相連通，以使冷卻水通過進(jìn) 水總管8和進(jìn)水室5向各進(jìn)水管均勻供冷卻水。回水管出口通過回水室4與回水總管10 相通以使經(jīng)過換熱后的冷卻水由回水室匯集并由回水總管10排出。 如圖1所示，外管1自由端加工成楔形，形成一尖部以便于向下插入物料(炭粉) 堆內(nèi)。 外管1采用不銹鋼管，傳熱好且耐腐蝕。為減少進(jìn)水與回水之間直接通過內(nèi)管2 傳熱影響冷卻效果，內(nèi)管2也可以采用傳熱系數(shù)更低的非金屬管，或者內(nèi)管2為金屬管與非 金屬?gòu)?fù)合成的復(fù)合管，或者內(nèi)管帶有保溫隔熱層或者抽真空的夾層結(jié)構(gòu)。通常由于冷卻水 在列管內(nèi)停留時(shí)間較短，而物料溫度較高，因此內(nèi)管與外管之間的水的傳熱對(duì)冷卻效果影 響較小，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)降低加工制造成本，而不必考慮內(nèi)管與外管之間水的傳熱，所以內(nèi)管也 采用不銹鋼管。 水箱3中部焊接一塊隔板6將水箱內(nèi)部空間隔開構(gòu)成兩個(gè)腔室，形成進(jìn)水室5和 回水室4，構(gòu)成進(jìn)水管的內(nèi)管2穿過外管1和回水室4固定在隔板6上以與進(jìn)水室5相通， 外管l焊接在水箱底部的箱板上?；厮偣?0則開在回水室4側(cè)壁上。為使進(jìn)水室向各 進(jìn)水管分配水量盡可能均勻，進(jìn)水總管8還如圖1和圖2所示由支管分成四路向進(jìn)水室5 不同方位進(jìn)水。這種結(jié)構(gòu)進(jìn)水室5起到一個(gè)向各進(jìn)水管(內(nèi)管2)分流的分水器作用，而回 水室4則相當(dāng)于一個(gè)集水器。 圖4則示出了另一種水箱結(jié)構(gòu)，水箱由上部進(jìn)水箱32和下部的回水箱31組合而 成，進(jìn)水箱32和回水箱31以敞口相向的方式通過法蘭32a、31a連接在一起，固定有內(nèi)管的 隔板6邊緣被夾在進(jìn)水箱32和回水箱31法蘭之間，將進(jìn)水箱與回水箱內(nèi)部空間隔離，且在 隔板與進(jìn)水箱法蘭和回水箱法蘭之間有墊片。這樣可以將隔板連同內(nèi)管一起取出以進(jìn)行維 修、維護(hù)。為保證安裝時(shí)內(nèi)管與外管同心，在回水箱法蘭內(nèi)有凹槽，使隔板6連同墊片一起 放置于凹槽內(nèi)，以避免安裝時(shí)偏向一側(cè)，通過限定隔板6的準(zhǔn)確位置以保證內(nèi)管與外管的 相對(duì)位置準(zhǔn)確性。 圖5則示出了另一種水箱結(jié)構(gòu)，是將固定有內(nèi)管的隔板6焊接在進(jìn)水箱32底部形 成面板，使進(jìn)水箱32為封閉箱體?；厮?1敞口，回水箱31與進(jìn)水箱32通過法蘭31a、 32a連接，使進(jìn)水箱構(gòu)成回水箱的封頭，法蘭之間有墊片進(jìn)行密封。這種方式安裝簡(jiǎn)便，同樣 能夠?qū)崿F(xiàn)將內(nèi)管與外管分離，以進(jìn)行內(nèi)管的檢修、維護(hù)。同樣法蘭31a、32a采用凹凸法蘭面 配合以保證安裝時(shí)的準(zhǔn)確定位。 由圖1和圖2所示，在換熱器的水箱3頂部上方還通過震搗器支撐架7安裝有一 個(gè)震搗器9，通過震搗器使換熱器震動(dòng)，以使換熱列管周圍物料松動(dòng)減少下插阻力。
圖3示出了換熱列管的另一種實(shí)施方式，進(jìn)水管和回水管U形連接，但這種方式插 入物料時(shí)阻力較大，而且進(jìn)水管和回水管間隙較小時(shí)焊接也不方便。 上述構(gòu)件除震搗器及震搗器支撐架外均為不銹鋼材質(zhì)。震搗器支撐架上焊裝吊
耳，震搗器電機(jī)接生產(chǎn)區(qū)工作電源，進(jìn)水管接有壓水源，回水管接回水池。 冷卻方式為將換熱列管逐漸插入待冷卻物料中，由水循環(huán)帶走熱量實(shí)現(xiàn)降溫。插
入動(dòng)力由設(shè)備自重和水的重量以及震搗器提供。 如圖2所示，該實(shí)施例中換熱列管采用11X5 = 55個(gè)換熱列管位于整個(gè)換熱 器的下部，呈矩陣分布，面積大約為1550mmX620mm，此面積略低于冷卻對(duì)象的水平截面 1800mmX800mm。換熱列管外管為①51mm不銹鋼管，內(nèi)管為①32mm不銹鋼管，換熱列管伸 出回水室長(zhǎng)度為900mm。
工作方式簡(jiǎn)述 高溫微米級(jí)炭粉放置于長(zhǎng)X寬X高=1800mmX800mmX800mm的立方體容器內(nèi)， 該容器四側(cè)壁及底面均為良好的保溫體型材料，上面覆蓋100mm厚度的惰性的顆粒狀材 料。該粉體上層表面溫度在500°C，中心溫度在200(TC左右。
開啟進(jìn)水總管閥門，使水從有壓水源依次流經(jīng)進(jìn)水總管8、進(jìn)水室5，進(jìn)入換熱列 管的內(nèi)管2;再由換熱列管的自由端底部開口進(jìn)入外管1、回水室4，最后由回水總管10進(jìn) 入回水池，經(jīng)過冷卻降溫后重復(fù)循環(huán)使用，以降低水消耗量。 將插入式列管換熱器(下簡(jiǎn)稱換熱器)用行吊移動(dòng)至在待冷卻區(qū)的上方，緩慢下 放，使換熱器的換熱列管在換熱器及所含水的重量下逐漸插入惰性保溫層進(jìn)入待冷卻物料 高溫炭粉。隨插入深度的加大，換熱列管所受的粉料(惰性保溫層和待冷卻料)的阻力也 逐漸變大，插入一定深度可能會(huì)抵消換熱器及所含水重，從而使換熱器換熱列管無法自然 下行。此時(shí)可拆除吊繩，開啟震搗器，與換熱列管接觸的粉體在震搗器的作用下松動(dòng)，摩擦 力變小，換熱列管繼而下行。 用電偶實(shí)時(shí)測(cè)量列管插入最深區(qū)域的最高溫度t，設(shè)定行進(jìn)溫度tl = 50(TC，駐扎 溫度t2 = 800°C .當(dāng)t小于tl時(shí)，控制換熱器繼續(xù)下行，以使換熱列管可以接觸到更高溫 度的待冷卻物料；當(dāng)t大于t2時(shí)，則使換熱器駐扎在原地，以保護(hù)換熱列管不被高溫造成損 傷。直至插到物料底部。當(dāng)物料溫度低于冷卻目標(biāo)10(TC，結(jié)束工作。 實(shí)施效果經(jīng)過48小時(shí)冷卻，物料底部側(cè)壁溫度較高在80 IO(TC ，中心溫度接 近環(huán)境溫度。 該實(shí)施方式在安全生產(chǎn)的前提下，保障了產(chǎn)品質(zhì)量(不被空氣和水氧化)，同時(shí)又 極大地提高了生產(chǎn)效率(較自然降溫)。
權(quán)利要求
一種插入式列管換熱器，其特征在于包括裸露且平行安裝的多組換熱列管，每組換熱列管包括進(jìn)水管和回水管，并且進(jìn)水管和回水管在端部連通，每組換熱列管在進(jìn)水管與回水管的連通端形成自由端，進(jìn)水管進(jìn)口端通過分水器與進(jìn)水總管相連通，回水管出口端通過集水器與回水總管相通。
2. 如權(quán)利要求1所述的插入式列管換熱器，其特征在于所述的進(jìn)水管和回水管為同軸心的內(nèi)管和外管構(gòu)成的套管結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)管為進(jìn)水管，外管為回水管，外管自由端封合，內(nèi)管自由端在外管內(nèi)開口或者加工有出水孔。
3. 如權(quán)利要求2所述的插入式列管換熱器，其特征在于所述的外管自由端加工成楔形或錐形。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的插入式列管換熱器，其特征在于所述外管為金屬管，內(nèi)管為金屬管或非金屬管，或者內(nèi)管為金屬管與非金屬?gòu)?fù)合成的復(fù)合管，或者內(nèi)管帶有保溫隔熱層。
5. 如權(quán)利要求1至3中之一所述的插入式列管換熱器，其特征在于所述分水器為一個(gè)進(jìn)水箱，各進(jìn)水管是連接在進(jìn)水箱的面板上與進(jìn)水箱內(nèi)的進(jìn)水室相通。
6. 如權(quán)利要求1至3中之一所述的插入式列管換熱器，其特征在于所述的集水器是一個(gè)回水箱，各回水管連接在回水箱的面板上與回水箱內(nèi)的回水室相連通。
7. 如權(quán)利要求5所述的插入式列管換熱器，其特征在于所述的集水器是一個(gè)回水箱，各回水管連接在回水箱的面板上與回水箱內(nèi)的回水室相連通。
8. 如權(quán)利要求7所述的插入式列管換熱器，其特征在于所述的進(jìn)水箱和回水箱為一個(gè)密封水箱，中部由隔板隔成兩個(gè)腔室構(gòu)成所述的進(jìn)水室和回水室，所述的進(jìn)水管穿過所述的回水室固定在所述的隔板上以與進(jìn)水室相通，隔板焊接在水箱側(cè)壁上。
9. 如權(quán)利要求7所述的插入式列管換熱器，其特征在于所述的進(jìn)水箱和回水箱以敞口相向的方式通過法蘭連接在一起，所述的固定有內(nèi)管的隔板邊緣被夾在進(jìn)水箱和回水箱法蘭之間將進(jìn)水箱與回水箱內(nèi)部空間隔離，且在隔板與進(jìn)水箱法蘭和回水箱法蘭之間有墊片；或者將固定有內(nèi)管的隔板焊接在進(jìn)水箱底部形成面板，進(jìn)水箱與回水箱通過法蘭連接，使進(jìn)水箱構(gòu)成回水箱的封頭。
10. 如權(quán)利要求1至3中之一所述的插入式列管換熱器，其特征在于還包括一個(gè)震搗器安裝在換熱器的頂部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種插入式列管換熱器，包括裸露且平行安裝的多組換熱列管，每組換熱列管包括進(jìn)水管和回水管，并且進(jìn)水管和回水管在端部連通，每組換熱列管在進(jìn)水管與回水管的連通端形成自由端，進(jìn)水管進(jìn)口端通過分水器與進(jìn)水總管相連通，回水管出口端通過集水器與回水總管相通。這種插入式列管換熱器，可在確保安全和避免氧化的前提下實(shí)現(xiàn)高溫炭粉的冷卻，保障了高溫炭粉產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)又極大地提高了生產(chǎn)效率，除可用于高溫炭粉的冷卻外，還可以用于其它顆?；蚍垠w物料的換熱。
文檔編號(hào)C10L5/00GK101724481SQ200910260330
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者單丙福, 李鵬, 蔡奉翰, 馬軍旗 申請(qǐng)人:遼寧弘光科技集團(tuán)有限公司