ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1994 года по МПК F28D13/00 

Изобретение относится к области энергетики и может быть применено для сушки и охлаждения сыпучих материалов.

Известен теплообменник, содержащий камеру, снабженную слоем сыпучего материала и патрубками ввода и вывода последнего, газораспределительной перфорированной решеткой, полость под которой подключена к источнику воздуха для образования кипящего слоя, а также теплообменными трубами, размещенными в последнем и подключенные к коллекторам.

Недостатки известного решения - нарушение структуры слоя от погруженных в него поверхностей теплообмена, а также сравнительно высокие капитальные затраты на изготовление и монтаж из-за размещения поверхностей труб в слое.

Эти недостатки устранены в предложенном теплообменнике тем, что теплообменные трубы размещены на газораспределительной решетке, а последняя выполнена гофрированной, перфорации размещены на боковых участках гофр. Впадины гофр имеют в сечении форму окружности с диаметром, равным наружному диаметру труб.

На фиг. 1 представлен теплообменник, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; а на фиг. 3 - фрагмент решетки с трубами и гофрами.

Теплообменник содержит патрубок 1 ввода воздуха (газа), корпус рабочей камеры 2, патрубок 3 для ввода сыпучего материала, газораспределительную решетку с гофрами 4, теплообменные трубы 5, патрубок 6 для вывода сыпучего материала, перфорации 7 на боковых участках гофр, коллекторы 8 и 9 соответственно для ввода и вывода теплоносителя к трубам 5.

Теплообменник изготавливают следующим образом. Вначале изготавливают и монтируют газораспределительную решетку с гофрами, для чего лист, например, из стали толщиной 3 мм, размечают, сверлят или фрезеруют отверстия или щели, и затем после нагрева штампуют гофры между перфорациями.

Рабочая камера с патрубками изготавливается с помощью фланцевых соединений и сварки. При работе устройства по патрубку 1 в камеру 2 через перфорации 7 газораспределителя 4 подают псевдоожижающий агент, например воздух с температурой 15-20^оС. По патрубку 3 подают сыпучий материал, например, гранулированные удобрения в количестве 40 т/ч с температурой 110^оС для возможности затаривания. Сыпучий материал за счет продувания его воздухом приходит в псевдоожиженное состояние и образует кипящий слой удобрений. По коллектору 8 ввода теплоносителя подают охлажденную воду с температурой 20^оС. Из коллектора 8 вода поступает в трубы 5, отводя тепло от слоя удобрений и выходит в коллектор 9 с температурой 40-50^оС. Расход и температура воды регулируется в зависимости от потребностей. Коллекторы 8 и 9 труб 5 могут быть упразднены за счет последовательного соединения труб в виде змеевиков. Расход вода на охлаждение при этом снижается, а ее температура на выходе возрастает до 60-80^оС. Полученная теплая или горячая вода может утилизироваться на технологические нужды, например, для промывки фильтров, центрифуг, для сантехнических нужд, отопления. Можно реализовать схему оборотного водоснабжения, с возвратом воды на охлаждение слоя аппарата после рекуперативной утилизации ее тепла. Крепление труб упрощается, так как требуется сварка. Трубы крепятся путем тугой посадки их в гофры. Впадины гофр имеют в сечении форму окружности с диаметром, равным наружному диаметру труб.

Предварительная проработка предложений конструкции показывает, что такое совмещение газораспределителя с поверхностями теплообмена позволяет упростить всю конструкцию, уменьшить капитальные затраты на изготовление и монтаж, так как отпадает необходимость размещения теплообменника в слое. Такое преимущество достигается также и потому, что уложенные таким образом трубы теплообменника и гофрированная форма газораспределителя обеспечивает развитую поверхность теплообмена. Термическое сопротивление труб и листа газораспределителя при этом невелико, так как описанная конструкция имеет высокую прочность, требуемые толщины листа и стенок труб незначительны (2-4 мм), их выполняют из одного и того же материала. Кроме того, предусматривается укладка труб в гофры-впадина, что также позволяет уменьшить термическое сопротивление теплообменника, а подбор материала изготовления устраняет термическое разрушение подины.

Для предотвращения залегания материала ряды отверстий или щели для газа (воздуха) выполняют между трубами, на боковых участках гофр, а сам газораспределитель размещен с наклоном в сторону выгрузки. При работе аппарата по его длине образуется комплекс локальных фонтанов (струй), высота которых поддерживается меньше рабочей высоты слоя для предотвращения уноса материала из камеры. Предварительное измерение коэффициентов теплообмена, при аналогичной компановке труб в модели аппарата со слоем карбамида (диаметром 1-2 мм), подтвердило высокую интенсивность теплообмена (400-650 Вт/м²К). Развитая поверхность такого теплообменника и высокая интенсивность теплообмена позволяет уменьшить габариты аппарата (в 2-3 раза по сравнению с чисто конвективным аппаратом). Уменьшение эксплуатационных затрат достигается за счет повышения удобства обслуживания и ремонта узлов, размещаемых под слоем и лучшего доступа к ним.

В пользу гофрированного варианта говорят и результаты наших исследований, которые показывают, что при гофрированной решетке выступы-гофры находятся как раз в зонах возможного застоя материала, если расстояние между щелями значительное (300-500 мм). Поэтому не опасен застой материала, даже при самом неоднородном псевдоожижении. С другой стороны, такая конструкция допускает наличие такого большого шага между щелями (без застоя) и в результате существенно уменьшается количество перфораций, т.е. экономичнее изготовление. Живое сечение таких газораспределителей (1,5-6%) вместо 10-20% по аналогам. По нашей апробации их моторесурс возрастает в 3 раза за счет меньшей забиваемости. Поэтому предложенная конструкция имеет существенные преимущества.

Использование: для обработки сыпучего материала. Сущность изобретения: теплообменник содержит рабочую камеру, газораспределительную решетку, теплообменные трубы, патрубки ввода-вывода сыпучего материала, псевдоожижающего агента и теплоносителя. Газораспределительная решетка выполнена гофрированной, во впадины уложены трубы теплообменника, а перфорации ее размещены между трубами, диаметр которых равен диаметру гофр. 3 ил.

ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий камеру снабженную слоем сыпучего материала, патрубками ввода и вывода последнего, газораспределительной перфорированной решеткой, полость под которой подключена к источнику воздуха для образования кипящего слоя, а также теплообменными трубами, размещенными в последнем и подключенными к коллекторам, отличающийся тем, что теплообменные трубы размещены на газораспределительной решетке, а последняя выполнена гофрированной, перфорации размещены на боковых участках гофр, при этом трубы установлены во впадинах гофр, имеющих в сечении форму окружности с диаметром, равным наружному диаметру этих труб.