[发明专利]一种强化对流换热过程的热态颗粒物料冷却方法及冷却器

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种诸如水泥回转窑等工业窑炉设备所生产的热态熟料颗粒物料的冷却方法及冷却器，通过使用该冷却器可以使热态颗粒物料在基于对流换热的过程中，强化对流换热过程的效果，达到高效冷却热态颗粒物料的目的，从而可以减少热量及电能损失，本方法及冷却器可广泛适用于建材、化工、冶金等行业，例如用于水泥生产中的高温熟料颗粒冷却，是属于高效节能技术领域。

背景技术

在诸如水泥回转窑等工业窑炉设备生产运行时，常以对流换热的方式来利用冷却空气对热态颗粒物料进行冷却，在冷却过程中，当热态颗粒物料由回转窑进入冷却机时，由于重力作用及机械旋转运动使颗粒在篦床上的粒度分布和颗粒层厚度都不可能很均匀，粒度的不均也导致了料层阻力的差异，相应目前采用先进技术的冷却换热方法基本是依靠篦床下的空气流量自动调节阀被动的适应料层阻力的变化，料层颗粒粒度及阻力不均的状况仍然客观存在，冷却空气在整个篦床上达不到均布的效果，换热效率的提高有限。同时，目前冷却机中热态颗粒物料的运动基本上是随篦床的前后推动而单一的近似直线运动，并未存在强制提高其换热效率的有效手段和方法，因此其换热效率也难达到预期的效果。

由于对流换热是流体流经固体时流体与固体表面之间的热量传递现象，是在流体流动进程中发生的热量传递，它是依靠流体质点的移动进行热量传递的，与流体的流动情况密切相关。流体流动状态在其他条件一定时，紊流换热强度较层流强烈，同时，换热表面的几何因素，例如换热表面的形状、大小、状态、几何布置等因素都影响换热效率。在不同的情况下，换热强度会发生明显的变化，所以对流换热是一个受许多因素影响且其强度变化幅度又很大的复杂过程。

而热态颗粒物料的流动性较差，因此为了进一步提高热态颗粒物料的冷却效果，高效合理地进行气与物料之间的气固热交换，减少冷却空气消耗量，有效降低冷却过程的热耗和系统电耗，必须在基于对流换热的原理下，来改变热态颗粒物料的运动方式及冷却空气的流动状态，增加强化冷却的手段和方法，以此来提高换热效率，从而达到显著提高冷却效率的目的。而现有类似技术和相关冷却机基本都是以近似直线运动推动物料前移，基本没有形成物料的交错混合作用，由于料层阻力不均，很大程度主要是被动依赖空气流量调节装置来平衡用风差异，而本发明从主动的角度消除了料层的不均衡因素，为高效率的冷却提供了有利条件。

发明内容

本发明针对目前热态颗粒物料冷却过程所存在的问题，在分析了对流换热原理的基础上，提供一种强化对流换热过程的热态颗粒物料冷却方法及冷却器。使用该方法的冷却器可提高热态颗粒物料的冷却效果，减少冷却空气用量，降低流出冷却器颗粒物料的温度。

本发明通过安装在水平篦床上的推料刮板装置，实现热态颗粒物料的强制前进运动，而来自篦床下风室的冷却空气经由篦床上低阻力无漏料篦板的风翅开口处通过热态颗粒物料层，完成换热过程以冷却热态颗粒物料。热态颗粒物料由安装在水平篦床上的单端驱动刮板以扫摆式弧线运动推动前进，这将有别于目前的单一近似直线推动运动，而此时由交错的刮板弧线运动使热态颗粒物料形成搅动均化，颗粒间进行了交错混合。通过这种弧线运动，热态颗粒物料在整个篦床宽度上被均化布置，颗粒物料层粒度分布均匀，厚度趋向一致，颗粒间的接触机会及面积增加。冷却空气的分布也更加均衡，冷却空气与热态颗粒物料形成的动态换热方式使换热效率明显提高。更重要的是，热态颗粒物料在扫摆式弧线运动过程中，被强制搅动，因此冷却空气的流动状态也发生了变化，形成局部的紊流形态，相比对流换热效率较稳定的层流形态有所提高，同时颗粒间的碰撞也增加了热传导速率，有助于整个篦床上颗粒层的冷却换热过程。

本发明的冷却方法，通过利用具有近似三角形形状(其前沿斜面较陡而后沿斜面较为平缓)的刮板进行扫摆式弧线运动，使得水平篦床上的热态颗粒物料在运行中受到不同方向的轮流推挤和抽空的作用力。在冷却器工作状态时，随着热态颗粒物料层厚度的增加以及刮板带动颗粒物料的连续运动，篦床上的热态颗粒物料，随上述作用力形成上下翻滚、曲线前移的运动。这两种运动的叠加使得位于物料层表面的物料会与中下层的物料相互翻转，横向两侧的物料与中间的物料也相互交错，并在三维空间上形成交错曲线的运行轨迹，使得整个料层颗粒分布和阻力分布都保持均衡，颗粒表面呈动态的变换与冷却空气接触，强化了冷却空气与热颗粒物料的换热过程，单位时间内换热速率急速增加，从根本上强化了热态颗粒物料的冷却速度和冷却效果。同时，这种方式具有主动平衡料层阻力的作用，因此对被动调节冷却空气流量的依存度降低，冷却空气的有效利用率提高，同时具有明显的节能降耗作用。